Устройство плавного включения усилителя. Мягкий старт импульсного блока питания Схема плавного пуска для унч

Привет, друзья!
Делал я как-то УНЧ с конденсаторами фильтра БП по 50.000 мкФ в плече. И задумал сделать плавный старт, т.к. предохранитель в 5 Ампер на входе трансформатора периодически сгорал при включении усилителя.
Протестировал разные варианты. Были разные наработки в этом направлении. Остановился на предлагаемой ниже схеме.

« - Семен Семёныч, я ж тебе говорил: без фанатизма!
Усилок на . Заказчик в однокомнатной хрущёвке живет.
А ты всё фильтр да фильтр…»

ОПИСАННАЯ НИЖЕ КОНСТРУКЦИЯ ИМЕЕТ ГАЛЬВАНИЧЕСКУЮ СВЯЗЬ С СЕТЬЮ 220V!
БУДЬТЕ ОСТОРОЖНЫ!

Сначала рассмотрим варианты исполнения силовой части, чтобы был понятен принцип. Затем перейдём к полной схеме устройства. Есть две схемы - с мостом и с двумя MOSFET-ами. Обе имеют преимущества и недостатки.

Кстати, это свойство позволяет применять устройство в качестве проходного выключателя в больших помещениях или длинных галереях, коридорах, на лестничных маршах . Параллельно установливаем несколько кнопок, каждой из которых независимо можно включать и выключать свет. При этом устройство ещё и защищает лампы накаливания , ограничивая бросок тока.
При применении в освещении допустимы не только лампы накаливания, но и всякие энергосберегайки, светодиоды с ИБП и пр. Устройство работает с любыми лампами. Для энергосберегаек и светодиодов я ставлю времязадающий конденсатор меньше раз в десять, ведь им нет необходимости так медленно стартовать, как лампам накаливания.

При времязадающем конденсаторе (лучше керамика, плёнка, но можно и электролит) C5 = 20 мкФ напряжение нелинейно нарастает ок.1,5 сек. V1 нужен для быстрой разрядки времязадающего конденсатора и, соответственно, быстрого отключения нагрузки.

Между общим проводом и 4-м выводом (Reset по низкому уровню) таймера можно подключить оптопару, которой будет управлять какой-нибудь модуль защиты. Тогда по сигналу аварии таймер сбросится и нагрузка (например, УМЗЧ) будет обесточена.

Вместо чипа 555 можно использовать другое управляющее устройство.

Применённые детали

К сожалению, чертёж ПП утрачен. Но устройство настолько простое, что желающим не составит труда развести печатку под свои детали. Желащие поделится своим чертежом с миром - сигнальте в комментах.

Схема работает у меня около 5 лет, неоднократно повторена в вариациях, и хорошо зарекомендовала себя.

Спасибо за внимание!

Всем привет камрадам! История продолжается.
Сегодня у нас: усилитель мощности, мягкий старт, блок питания для усилителя мощности.

Усилитель мощности LM3886

Я взял на себя смелость и изменил коэффициент усиления схемы в сторону уменьшения (21 → 11). Говорят, с его уменьшением растет вероятность самовозбуждения усилителя, но у меня все хорошо даже без цепочки R9-R10-C9. Я её так и не подключил. И без нее все вроде отлично, по крайней мере, на слух. Дело в том, что при данном коэффициенте усиления и при уровне громкости 0 dB (значение регулятора громкости), получается максимальная неискаженная выходная мощность 2×45 Ватт (синус на резисторах в качестве нагрузки). См. осциллограммы в разделе «Измерения».

Если громче, то попадаем в клиппинг. Исключить клиппинг - это, пожалуй, самый простой шаг в сторону качественного звучания системы. Можно изменить коэффициент усиления усилителя, поставив делитель на входе усилителя мощности. Можно было ограничить уровень сигнала в самом регуляторе громкости (занизить максимально возможную громкость программно в параметрах). Здесь каждый решает сам, как лучше.

Входной сигнал «MUTE» используем для исключения различных переходных процессов при включении и выключении плеера. Чтобы усилитель включить, нужно через резистор соединить 7-й вывод микросхемы с отрицательным источником напряжения и обеспечить ток хотя бы 1 мА. Неудобно по сравнению с . Оптрон так и просился в схему. Напряжение 5V на разъём X2 придет с платы плавного пуска усилителя - см. рисунок 3.

Блок питания УЗМЧ

Рис. 3. Блок питания усилителя и схема плавного пуска

Галогенная лампа 50 Вт на 220 В, тип G6.35

В моем предыдущем самодельном усилителе на я успешно обкатал схему плавного пуска на галогенной лампочке. Мне она так понравилась, что я решил применить ее вновь. Сразу отмечу, что лампочка со временем не перегорает, но при отсутствии аварийных ситуаций, все же, менее надежна, чем резистор.
Когда у меня вылетели (вероятно от статики), я понял, что данное решение работает ещё и как защита от короткого замыкания. Колонки при аварии не пострадали.

Суть схемы проста: балласт (лампочку) шунтируем, когда напряжения на выходных конденсаторах будут в норме (>27V). И наоборот – если устроить КЗ, то лампочка снова включается в цепь первичной обмотки трансформатора.

На каждое плечо БП установлена схема-компаратор на основе TL431. Оптрон OP1 обеспечивает небольшой гистерезис (меньше 15V - авария), OP2 - для удобства суммирования сигналов с 4–х плеч.

Схема начинает работать сразу после включения 5-вольтового блока питания аудиоплеера. Напряжение 5V подается на разъём X2, после чего реле К1 включает трансформатор через лампочку. После заряда конденсаторов на разъём X3 приходит сигнал, который выключает К1 и включает К2. Всё, плавный пуск завершен. Через некоторое время (задается цепочкой R2-C4) на разъёме X7 имеем 5V, которые открывают оптроны OP1 в усилителях мощности. При выключении аудиоплеера 5V на разъёме X2 исчезают и оба реле выключаются из-за отсутствия на них питания. Трансформатор полностью отключен!

Для снижения тепловой нагрузки на диоды - на каждый канал усилителя установлен отдельный выпрямитель.

Реализация. Фотки

Рис. 4. Трансформатор

Рис. 5. Плата плавного пуска (вид сверху)

Рис. 6. Плата плавного пуска (вид снизу)

Платы теперь я покрываю акриловым лаком PLASTIK 71. Платы, покрытые лаком, выглядят изумительно, рекомендую.

Рис. 7. Диодный мост (вид сверху)

Рис. 8. Диодные мосты (вид снизу)

Рис. 9. Усилитель мощности

Плата усилителя получилась на редкость извращенной, всё это из-за дефицита места в корпусе. Пришлось загибать выводы микросхемы и делать плату двусторонней. Платы левого и правого канала немного различаются, некоторые компоненты пришлось сдвинуть, так как упирались в плату плавного пуска.

Рис. 10. Выходные разъёмы

Рис. 11. Выходной разъём, установленный в корпус

Рис. 12. Разъёмы 220V и Ethernet

Измерения УМЗЧ

Рис. 13. Фото в момент теста максимально-возможной выходной мощности

Все измерения сделаны осциллографом при нагруженных каналах на резистивную нагрузку 7,8 Ом. Цель – определить максимальную мощность при данном блоке питания.

Рис. 14. Напряжение питания (холостой ход)

Интересно, насколько просядет напряжение питания под максимальной нагрузкой. Напомню, что во время измерения, трансформатор у меня будет нагружен двумя каналами, а измерения питания получаются на диодном мосту одного канала, так как у меня для каждого усилителя свой диодный мост.

Рис. 15. Просадка напряжения питания одного канала под нагрузкой 45 Вт

Напряжение просело на 3,6 V. Между максимальным выходным значением синуса и напряжением питания около 3 V. Можно было конечно сделать ещё чуть громче, но дальше начинается клиппинг.

Рис. 16. Пульсации напряжения питания под нагрузкой 45 Вт

Рис 17. Выход L R каналов 1КГц

Рис. 18 Выход L, R каналов 20 КГц

Рис. 19. Спектр сигнала 1 КГц (сверху), 20 КГц (снизу)

В статье использованы материалы из статьи Алексея Ефремова . Идея разработки устройства плавного старта БП у меня появилась давно, и на первый взгляд должна была реализоваться достаточно просто. Примерное решение предложил Алексей Ефремов в вышеупомянутой статье. В основу устройства он тоже положил ключ на мощном высоковольтном транзисторе.

Цепь до ключа можно представить графически так:

Ясно, что при замыкании SA1 первичная обмотка силового трансформатора фактически подключается к сети. Зачем вообще там диодный мост? - что бы обеспечить питание постоянным током ключа на транзисторе.

Схема с транзисторным ключом:

Приведенные номиналы делителя несколько смущают… хотя надежда на то, что устройство не задымит и не бабахнет остается, возникают сомнения. И все же я опробовал подобный вариант. Только питание выбрал более безобидное - 26В, конечно, выбирал другие номиналы резисторов, в качестве нагрузки использовал не трансформатор, а лампу накаливания 28В/10Вт. И ключевой транзистор использовал BU508A.

Опыты мои показали, что резисторный делитель успешно понижает напряжение, но токоотдача такого источника очень мала (у перехода БЭ низкое внутреннее сопротивление), напряжение на конденсаторе сильно падает. Беспредельно снижать номинал резистора в верхнем плече я не рискнул, в любом случае - даже если нащупать правильное распределение тока в плечах и переход насытится, это все равно будет только смягченный, но не плавный пуск.

По моему мнению, истинно плавный пуск должен происходить как минимум в 2 этапа; сначала ключевой транзистор слегка открывается - пары секунд уже будет достаточно что бы электролиты фильтра в БП подзарядились слабым током. А на втором этапе уже необходимо обеспечить полное открытие транзистора. Схему пришлось несколько усложнить, кроме деления процесса на 2 этапа (ступени) я решил сделать ключ составным (схема Дарлингтона) и в качестве источника управляющего напряжения я решил использовать отдельный маломощный понижающий трансформатор.

*Номиналы резистора R 3 и подстроечника R 5. Для получения напряжения питания схемы 5,1В суммарное сопротивление R 3+R 5 должно быть 740Ом (при выбранном R 4=240Ом). Например, для обеспечения подстройки с небольшим запасом R 3 можно взять 500-640Ом, R 5 - 300-200Ом соответственно.

Как работает схема, полагаю, нет особой необходимости подробно расписывать. Если кратко - запуск первой ступени осуществляет VT4, запуск второй - VT2, а VT1 обеспечивает задержку включения второй ступени. В случае с “отдохнувщим” устройством (все электролиты полностью разряжены) первая ступень стартует через 4 сек. после включения, и еще через 5 сек. стартует вторая ступень. В случае, если устройство отключили от сети и включили снова; первая ступень стартует через 2 сек, а вторая - через 3…4 сек.

Немного наладки:

Вся наладка сводится к установке напряжения холостого хода на выходе стабилизатора, установить его вращением R5 до 5,1 В. Затем - подключить выход стабилизатора в схему.

Еще можно подобрать на свой вкус номинал резистора R2 - чем ниже номинал, тем больше будет открыт ключ на первом этапе. При номинале указанном в схеме напряжение на нагрузке = 1/5 от максимального.

И можно изменять емкости конденсаторов С2, С3, С4 и С5 если возникнет желание изменить время включения ступеней или задержки включения 2 -ой ступени. Транзистор BU508A необходимо установить не теплоотвод площадью 70…100мм2. Остальные транзисторы желательно снабдить небольшими теплоотводами. Мощность всех резисторов в схеме может быть 0,125Вт (или более).

Диодный мост VD1 - любой обычный на 10А, VD2 - любой обычный на 1А.

Напряжение во вторичной обмотке TR2 - от 8 до 20В.

Интересно? Нужна печатка или практические рекомендации?

Продолжение следует...

*Название темы на форуме должно соответствовать виду: Заголовок статьи [обсуждение статьи]

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:

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

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

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

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

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

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

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

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

Схема выпрямителей и стабилизаторов напряжения

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

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

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

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

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

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

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

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

Расшифровка названий на схеме:

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

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

Uвых = Vxx * (1 + R2/R1)

Vxx для микросхем имеет следующие значения:

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

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

Конструкция

Вот как планировалось использовать напряжения от блока питания:

• +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.