В настоящее время на рынке автомобильной аппаратуры представлен огромный ряд магнитол разной ценовой категории.Современные автомагнитолы обычно имеют 4 линейных выхода (в некоторых ещё есть отдельный выход на сабвуфер). Они предназначены для использования «головы» с внешними усилителями мощности.
Многие радиолюбители изготавливают усилители мощности своими руками. Самая сложная часть в автомобильном усилителе - это преобразователь напряжения (ПН). В данной статье мы рассмотрим принцип построения стабилизированных ПНов на основе ставшей уже «народной» микросхемы TL494 (наш аналог КР1114ЕУ4).
Узел управления
Здесь мы очень подробно рассмотрим работу TL494 в режиме стабилизации.
Генератор пилообразного напряжения G1 служит задающим. Его частота зависит от внешних элементов C3R8 и определяется по формуле: F=1/(C3R8), где F-частота в Гц; C3- в Фарадах; R8- в Омах. При работе в двухтактном режиме (наш ПН как раз и будет работать в таком режиме) частота автогенератора микросхемы должна быть в двое выше частоты на выходе ПНа. Для указанных на схеме номиналах времязадающей цепи частота генератора F=1/(0,000000001*15000)=66,6кГц. Частота импульсов на выходе, грубо говоря, 33 кГц. Генерируемое напряжение поступает на 2 компаратора (А3 и А4), выходные импульсы которых суммирует элемент ИЛИ D1. Далее импульсы через элементы ИЛИ – НЕ D5 и D6 подают на выходные транзисторы микросхемы (VT1и VT2). Импульсы с выхода элемента D1 поступают также на счетный вход триггера D2, и каждый из них изменяет состояние триггера. Таким образом, если на вывод 13 микросхемы подана логическая «1» (как в нашем случае – на вывод 13 подан + с вывода 14), то импульсы на выходах элементов D5 и D6 чередуются, что и необходимо для управления двухтактным инвертором. Если микросхему применяют в однотактном Пне, вывод 13 соединяют с общим проводом, в результате триггер D2 больше не участвует в работе, а импульсы на всех выходах появляются одновременно.
Элемент А1- это усилитель сигнала ошибки в контуре стабилизации выходного напряжения ПНа. Это напряжение поступает на вывод 1 узла А1. На втором выводе- образцовое напряжение, полученное от встроенного в микросхему стабилизатора А5 с помощью резистивного делителя R2R3. Напряжение на выходе А1, пропорциональное разности входных, задает порог срабатывания компаратора А4 и, следовательно, скважность импульсов на его выходе. Цепь R4C1 необходима для устойчивости стабилизатора.
Транзисторный оптрон U1 обеспечивает гальваническую развязку в цепи отрицательной обратной связи по напряжению. Он относится к цепи стабилизации выходного напряжения. Так- же за стабилизацию отвечает стабилизатор параллельного типа DD1 (TL431 или наш аналог КР142ЕН19А).
Падение напряжения на резисторе R13 приблизительно равно 2,5 вольт. Сопротивление этого резистора рассчитывают, задавшись током через резистивный делитель R12R13. Сопротивление резистора R12 вычисляют по формуле: R12=(Uвых-2,5)/I" где Uвых- выходное напряжение ПНа; I"- ток через резистивный делитель R12R13.
Нагрузкой DD1 являются параллельно соединённые балластный резистор R11 и излучающий диод (выв. 1,2 оптрона U1) с токоограничивающим резистором R10. Балластный резистор создаёт минимальную нагрузку, необходимую для нормального функционирования микросхемы.
ВАЖНО. Нужно учитывать то, что рабочее напряжение TL431 не должно превышать 36 вольт (см. даташит на TL431). Если планируется изготавливать ПН с Uвых.>35 вольт, то схему стабилизации нужно будет не много изменить, о чём будет сказано ниже.
Предположим, что ПН рассчитан на выходное напряжение +-35 Вольт. При достижении этого напряжения (на выв. 1 DD1 напряжение достигнет порогового 2,5 Вольт) , «откроется» стабилизатор DD1, загорится светодиод оптрона U1, что приведет к открыванию его транзисторного перехода. На выводе 1 микросхемы TL494 появится уровень «1». Подача выходных импульсов прекратится, выходное напряжение начнет падать до тех пор, пока напряжение на выводе 1 TL431 не станет ниже пороговых 2,5 Вольт. Как только это произойдет, DD1 «закроется», светодиод оптрона U1 погаснет, на выводе 1 TL494 появится низкий уровень и узел А1 разрешит подачу выходных импульсов. Напряжение на выходе вновь достигнет +35 Вольт. Опять «откроется» DD1, загорится светодиод оптрона U1 и так далее. Это называется «скважностью»- когда частота импульсов неизменна, а регулировка осуществляется паузами между импульсами.
Второй усилитель сигнала ошибки (А2) в данном случае использован как вход аварийной защиты. Это может быть узел контроля максимальной температуры теплоотвода выходных транзисторов, блок защиты УМЗЧ от токовой перегрузки и так далее. Как и в А1 через резистивный делитель R6R7 образцовое напряжение подается на вывод 15. На выводе 16 будет уровень «0», так как он соединен с общим проводом через резистор R9. Если подать на вывод 16 уровень «1», то узел А2 мгновенно запретит подачу выходных импульсов. ПН «остановится» и запустится только тогда, когда на 16 выводе вновь появится уровень «0».
Функция компаратора А3 – гарантировать наличие паузы между импульсами на выходе элемента D1., даже если выходное напряжение усилителя А1 вышло за допустимые пределы. Минимальный порог срабатывания А3 (при соединении вывода 4 с общим проводом) задан внутренним источником напряжения GI1. С увеличением напряжения на выводе 4 минимальная длительность паузы растет, следовательно, максимальное выходное напряжение ПНа падает.
Этим свойством пользуются для плавного пуска ПНа. Дело в том, что в начальный момент работы ПНа конденсаторы фильтров его выпрямителя полностью разряжены, что эквивалентно замыканию выходов на общий провод. Пуск ПНа сразу же на полную мощность приведет к огромной перегрузке транзисторов мощного каскада и возможному выходу их из строя. Цепь C2R5 обеспечивает плавный, без перегрузок, пуск ПНа.
В первый после включения момент С2 разряжен., а напряжение на выводе 4 TL494 близко к +5 Вольт, получаемым от стабилизатора А5. Это гарантирует паузу максимально возможной длительности, вплоть до полного отсутствия импульсов на выходе микросхемы. По мере зарядки конденсатора С2 через резистор R5 напряжение на выводе 4 уменьшается, а с ним и длительность паузы. Одновременно растет выходное напряжение ПНа. Так продолжается, пока оно не приблизится к образцовому и не вступит в действие стабилизирующая обратная связь, о принципе работы которой было рассказано выше. Дальнейшая зарядка конденсатора С2 на процессы в Пне не влияет.
Как здесь уже было сказано,рабочее напряжение TL431 не должно превышать 36 вольт. А как быть, если от ПНа требуется получить, на пример, 50 Вольт? Сделать это просто. Достаточно в разрыв контролируемого плюсового провода поставить стабилитрон на 15…20 Вольт (показан красным цветом). В результате этого он «отсечёт» лишнее напряжение (если 15-ти вольтовый стабилитрон, то он срежет 15 Вольт, если двадцативольтовый- то соответственно уберет 20 Вольт) и TL431 будет работать в допустимом режиме напряжения.
На основании вышеизложенного был построен ПН, схема которого изображена на рисунке ниже.
На VT1-VT4R18-R21 собран промежуточный каскад. Задача этого узла- усиление импульсов перед их подачей на мощные полевые транзисторы VT5-VT8.
Блок управления REM выполнен на VT11VT12R28R33-R36VD2C24. При подаче на «REM IN» управляющего сигнала с магнитолы +12 Вольт, открывается транзистор VT12 , который в свою очередь откроет VT11. На диоде VD2 появляется напряжение, которое будет питать микросхему TL494. Пн запускается. Если магнитолу выключить, то эти транзисторы закроются, преобразователь напряжения «остановится».
На элементах VT9VT10R29-R32R39VD5C22C23 выполнен узел аварийной защиты. При подаче на вход «PROTECT IN» отрицательного импульса, ПН отключится. Запустить его можно будет только повторным отключением и включением REM. Если данный узел не планируется использовать, то элементы,относящиеся к нему, нужно будет исключить из схемы, а вывод 16 микросхемы TL494 соединить с общим проводом.
В нашем случае ПН двухполярный. Стабилизация в нем осуществляется по плюсовому выходному напряжению. Чтобы не было разницы выходных напряжений, применяют так называемый «ДГС»- дроссель групповой стабилизации (L3). Обе его обмотки наматываются одновременно на один общий магнитопровод. Получится дроссель- трансформатор. Подключение его обмоток имеют определенное правило - они должны быть включены встречно. На схеме начала этих обмоток показаны точками. В результате этого дросселя выходные напряжения обоих плеч уравниваются.
Перед включением необходимо проверить качество монтажа. Для налаживания ПНа необходим трансформаторный блок питания мощностью около 20 Ампер и с пределом регулирования выходного напряжения 10…16 Вольт. Не рекомендуется питать ПН от компьютерного блока питания.
Перед включением нужно установить выходное напряжение блока питания 12 Вольт. Параллельно выходу ПНа подключить резисторы на 2 ВТ 3,3кОм как на плюсовое плечо, так и на минусовое. Резистор ПНа R3 отпаять. Подать напряжение питания с БП на ПН (12 Вольт). Пн не должен запуститься. Далее следует подать плюс на вход REM (поставить временную перемычку на клемме + и REM). Если детали исправны и монтаж выполнен правильно, то ПН должен запуститься. Далее нужно замерить ток потребления (амперметр в разрыв плюсового провода). Ток должен быть в пределах 300…400 мА. Если он очень сильно отличается в большую сторону, то это указывает на не корректную работу схемы. Причин много, одна из основных- не правильно намотан трансформатор. Если же все в допустимых пределах, то нужно замерить выходное напряжение как по плюсу, так и по минусу. Они должны быть практически одинаковыми. Полученный результат запоминаем или записываем. Далее на место R3 нужно подпаять последовательную цепочку из постоянного резистора 27 кОм и подстроечного (можно переменного) на10 кОм, не забыв сперва отключить питание от ПНа. Вновь запускаем ПН. После запуска увеличиваем напряжение на блоке питания до 14,4 Вольт. Производим замер выходного напряжения ПНа так же, как и при первоначальном включении. Вращая ось подстроечного резистора нужно установить такое выходное напряжение, какое было при питании ПНа от 12 Вольт. Отключив БП, выпаять последовательную резисторную цепь и замерить общее сопротивление. На место R3 впаять постоянный резистор такого же номинала. Производим контрольную проверку.
Второй вариант построения стабилизации
На рисунке ниже приведен еще один вариант построения стабилизации. В этой схеме в качестве опорного напряжения для вывода 1 TL494 использован не ее внутренний стабилизатор, а внешний, выполненный на стабилизаторе параллельного типа TL431. Микросхема DD1 стабилизирует напряжение 8 вольт для питания делителя, состоящего из фототранзисторного оптрона U1.1 и резистора R7. Напряжение от средней точки делителя поступает на не инвертирующий вход первого усилителя сигнала ошибки ШИ- контроллера TL494. Так- же от резистора R7 зависит выходное напряжение ПНа- чем меньше сопротивление, тем меньше выходное напряжение.Настройка ПНа по этой схеме не отличается от той, что на рисунке №1. Единственное отличие- это первоначально нужно выставить 8 вольт на выводе 3 DD1 с помощью подбора резистора R1.
Схема преобразователя напряжения по рисунку ниже отличается упрощенной реализацией узла REM. Такое схемотехническое решение менее надежно, чем в предыдущих вариантах.
Детали
В качестве дросселя L1 можно использовать Советские дроссели ДМ. L2- самодельный. Его можно намотать на ферритовом стержне диаметром 12…15мм. Феррит можно отломить от строчного трансформатора ТВС, сточив его на карбороне до требуемого диаметра. Это долго, но эффективно. Наматывается проводом ПЭВ-2 диаметром 2 мм и содержит 12 витков.
В качестве ДГС можно применить желтое кольцо от компьютерного блока питания.
Провод можно взять ПЭВ-2 диаметром 1 мм. Нужно мотать одновременно двумя проводами, разместив их равномерно по всему кольцу виток к витку. Подключить соответственно со схемой (начала указаны точками).
Трансформатор. Это самая ответственная деталь ПНа, от его изготовления зависит успех всего предприятия. В качестве феррита желательно использовать 2500НМС1 и 2500НМС2. Они имеют отрицательную температурную зависимость и предназначены для использования в сильных магнитных полях. В крайнем случае можно применить кольца М2000НМ-1. Результат будет не много хуже. Кольца нужно брать старые, то есть те, которые были изготовлены до 90-х годов. Да и то, одна партия может сильно отличаться от другой. Так, что ПН, трансформатор которого намотан на одном кольце может показать прекрасные результаты, а ПН, трансформатор которого намотан тем же проводом, на таком же по габаритам и маркировке кольце, но из другой партии, может показать отвратительный результат. Тут как попадешь. Для этого в интернете есть статья «Калькулятор Лысого». С помощью него можно подобрать кольца, частоту ЗГ и количество витков первички.
Если применяется ферритовое кольцо 2000НМ-1 40/25/11, то первичная обмотка должна содержать 2*6 витков. Если кольцо 45/28/12, то соответственно 2*4 витка. Количество витков зависит от частоты задающего генератора. Сейчас есть много программ, которые по введенным данным мгновенно рассчитают все необходимые параметры.
Я использую кольца 45/28/12. В качестве первички применяю провод ПЭВ-2 диаметром 1 мм. Обмотка содержит 2*5 витков, каждая полуобмотка состоит из 8 проводов, то есть наматывается «шина» из 16 проводов, о чем будет сказано ниже (раньше мотал 2*4 витка, но с некоторыми ферритами приходилось поднимать частоту- кстати это можно сделать путем уменьшения резистора R14). Но сперва остановимся на кольце.
Изначально ферритовое кольцо имеет острые края. Их нужно сточить (закруглить) крупным наждаком или напильником- кому как удобнее. Далее обматываем кольцо малярным белым бумажным скотчем в два слоя. Для этого отматываем кусок скотча длиной сантиметров 40, приклеиваем его на ровную поверхность и по линейке нарезаем лезвием полоски шириной 10…15 мм. Вот этими полосками мы и будем его изолировать. В идеале, конечно, лучше кольцо ничем не обматывать, а уложить обмотки непосредственно на феррит. Это благоприятно скажется на температурном режиме трансформатора. Но как говорится, береженого Бог бережет, по этому и изолируем.
На полученной «заготовке» мотаем первичную обмотку. Некоторые радиолюбители сначала мотают вторичку, а уже потом на нее первичку. Я так не пробовал и по этому ничего положительного или отрицательного сказать не могу. Для этого на кольцо наматываем обычную нитку, равномерно разместив расчетное количество витков по всему сердечнику. Концы фиксируем клеем или же маленькими кусочками малярного скотча. Теперь берем один кусок нашего эмалированного провода и наматываем его по этой нитке. Далее берем второй кусок и равномерно мотаем его рядом с первым проводом. Так поступаем со всеми проводами первичной обмотки. В итоге должен получиться ровный шлейф. После намотки вызваниваем все эти провода и делим на 2 части- одна из них будет одной полуобмоткой, а другая- второй. Начало одной соединяем с концом другой. Это будет средний вывод трансформатора. Теперь мотаем вторичку. Бывает так, что вторичная обмотка в связи с относительно большим количеством витков не может уместиться в один слой. На пример нам нужно намотать 21 виток. Тогда поступаем следующим образом: в первый слой мы разместим 11 витков, а во второй- 10. Мотать мы будем уже не по одному проводу, как было в случае с первичкой, а сразу «шиной». Провода нужно стараться укладывать так, чтобы они плотно прилегали и не было разного рода петель и «барашков». После намотки также вызваниваем полуобмотки и соединяем начало одной с концом другой. В заключении окунаем готовый трансформатор в лак, сушим, окунаем, сушим и так несколько раз. Как писалось выше, от качества изготовления трансформатора зависит очень многое.
Программа расчета импульсных трансформаторов (Автор ): ExcellentIT. Я этой программой не пользовался, но многие отзываются о ней хорошо.
Почти каждый человек, который делает автомобильный усилитель с ПНом, расчитывает платы под строго определенные размеры. Чтобы облегчить ему задачу, привожу печатные платы задающих генераторов в формате
Привожу некоторые фотки ПНов, которые сделаны по этим схемам:
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Узел управления | |||||||
| ШИМ контроллер | TL494 | 1 | В блокнот | ||||
| DD1 | TL431 | 1 | В блокнот | ||||
| VDS1 | Диодный мост | 1 | В блокнот | ||||
| VD3 | Стабилитрон | 1 | В блокнот | ||||
| С1 | Конденсатор | 100 нФ | 1 | В блокнот | |||
| С2 | 4.7 мкФ | 1 | В блокнот | ||||
| С3 | Конденсатор | 1000 пФ | 1 | В блокнот | |||
| С4, С9 | Конденсатор | 2200 пФ | 2 | В блокнот | |||
| С5, С6 | Конденсатор | 220 нФ | 2 | В блокнот | |||
| С7, С8 | Электролитический конденсатор | 4700 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| R1, R13 | Резистор | 2.2 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R2, R3, R9, R11 | Резистор | 10 кОм | 4 | В блокнот | |||
| R4 | Резистор | 33 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R5 | Резистор | 4.7 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R6, R7 | Резистор | 2 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R8 | Резистор | 15 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R10 | Резистор | 3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R12 | Резистор | 33 кОм | 1 | подбор | В блокнот | ||
| R14 | Резистор | 10 Ом | 1 | В блокнот | |||
| U1 | Оптопара | 1 | В блокнот | ||||
| T1 | Трансформатор | 1 | В блокнот | ||||
| L1 | Катушка индуктивности | 1 | В блокнот | ||||
| DD2 | ИС источника опорного напряжения | TL431 | 1 | В блокнот | |||
| DD3 | ШИМ контроллер | TL494 | 1 | В блокнот | |||
| VT1, VT4 | Биполярный транзистор | КТ639А | 2 | В блокнот | |||
| VT2, VT3 | Биполярный транзистор | КТ961А | 2 | В блокнот | |||
| VT5-VT8 | MOSFET-транзистор | IRFZ44N | 4 | В блокнот | |||
| VT9 | Биполярный транзистор | 2SA733 | 1 | В блокнот | |||
| VT10, VT12 | Биполярный транзистор | 2SC945 | 2 | В блокнот | |||
| VT11 | Биполярный транзистор | КТ814А | 1 | В блокнот | |||
| VD1-VD4 | Диод | 4 | В блокнот | ||||
| VD2 | Выпрямительный диод | 1N4001 | 1 | В блокнот | |||
| VD5 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 1 | В блокнот | |||
| VD6 | Диод | 1 | В блокнот | ||||
| С1, С25 | Конденсатор | 2200 пФ | 2 | В блокнот | |||
| С2, С21, С23, С24 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 4 | В блокнот | |||
| С3 | Электролитический конденсатор | 4.7 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С5 | Конденсатор | 1000 пФ | 1 | В блокнот | |||
| С6, С7 | Электролитический конденсатор | 47 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| С8 | Конденсатор | 0.68 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С9 | Конденсатор | 0.33 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С10, С17, С18 | Конденсатор | 0.22 мкФ | 3 | В блокнот | |||
| С11, С19, С20 | Электролитический конденсатор | 4700 мкФ | 3 | В блокнот | |||
| С12, С13 | Конденсатор | 0.01 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| С14, С15 | Электролитический конденсатор | 2200 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| С16 | Электролитический конденсатор | 470 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С22 | Электролитический конденсатор | 10 мкФ 25 В | 1 | В блокнот | |||
| R3 | Резистор | 33 кОм | 1 | подбор | В блокнот | ||
| R4 | Резистор | 2.2 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R5, R9, R15, R30, R31, R36, R39 | Резистор | 10 кОм | 7 | В блокнот | |||
| R6 | Резистор | 3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R7 | Резистор | 2.2 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R8 | Резистор | 1 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R10 | Резистор | 33 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R12, R28 | Резистор | 4.7 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R13, R16 | Резистор | 2 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R14 | Резистор | 15 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R18, R19 | Резистор | 100 Ом | 2 | В блокнот | |||
| R20, R21 | Резистор | 470 Ом | 2 | В блокнот | |||
| R22-R25 | Резистор | 51 Ом | 4 | В блокнот | |||
| R26, R27 | Резистор | 24 Ом | 2 | 1 Вт | В блокнот | ||
| R29, R32-R34 | Резистор | 5.1 кОм | 4 | В блокнот | |||
| R35 | Резистор | 3.3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R37 | Резистор | 10 Ом | 1 | 2 Вт | В блокнот | ||
| R38 | Резистор | 680 Ом | 1 | В блокнот | |||
| U1 | Оптопара | PC817 | 1 | В блокнот | |||
| HL1 | Светодиод | 1 | В блокнот | ||||
| L1 | Катушка индуктивности | 20 мкГн | 1 | В блокнот | |||
| L2 | Катушка индуктивности | 10 мкГн | 1 | В блокнот | |||
| L3 | Катушка индуктивности | 1 | В блокнот | ||||
| T1 | Трансформатор | 1 | В блокнот | ||||
| FU1 | Предохранитель | 1 | В блокнот | ||||
| Второй вариант построения стабилизации | |||||||
| DD1, DD2 | ИС источника опорного напряжения | TL431 | 2 | В блокнот | |||
| DD3 | ШИМ контроллер | TL494 | 1 | В блокнот | |||
| Конденсатор | 220 нФ | 1 | В блокнот | ||||
| VT1, VT4 | Биполярный транзистор | КТ639А | 2 | В блокнот | |||
| VT2, VT3 | Биполярный транзистор | КТ961А | 2 | В блокнот | |||
| VT5-VT8 | MOSFET-транзистор | IRFZ44N | 4 | В блокнот | |||
| VT9 | Биполярный транзистор | 2SA733 | 1 | В блокнот | |||
| VT10, VT12 | Биполярный транзистор | 2SC945 | 2 | В блокнот | |||
| VT11 | Биполярный транзистор | КТ814А | 1 | В блокнот | |||
| VD1-VD4 | Диод | 4 | В блокнот | ||||
| VD2 | Выпрямительный диод | 1N4001 | 1 | В блокнот | |||
| VD5 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 1 | В блокнот | |||
| VD6 | Диод | 1 | В блокнот | ||||
| C1, C25 | Конденсатор | 2200 пФ | 2 | В блокнот | |||
| C2, C4, C12, C13 | Конденсатор | 0.01 мкФ | 4 | В блокнот | |||
| C3, C8 | Конденсатор | 0.68 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| C5 | Конденсатор | 1000 пФ | 1 | В блокнот | |||
| C6, C7 | Электролитический конденсатор | 47 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| C9 | Конденсатор | 0.33 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| C10, C17, C18 | Конденсатор | 0.22 мкФ | 3 | В блокнот | |||
| C11, C19, C20 | Электролитический конденсатор | 4700 мкФ | 3 | В блокнот | |||
| C14, C15 | Электролитический конденсатор | 2200 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| C16 | Электролитический конденсатор | 470 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| C21, C23, C24 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 3 | В блокнот | |||
| C22 | Электролитический конденсатор | 10 мкФ 25 В | 1 | В блокнот | |||
| R1 | Резистор | 6.2 кОм | 1 | подбор | В блокнот | ||
| R2 | Резистор | 2.7 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R3 | Резистор | 33 кОм | 2 | подбор | В блокнот | ||
| R4 | Резистор | 2.2 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R5, R30, R31, R36, R39 | Резистор | 10 кОм | 5 | В блокнот | |||
| R6 | Резистор | 3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R7 | Резистор | 690 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R8 | Резистор | 1 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R9 | Резистор | 1 МОм | 1 | В блокнот | |||
| R10 | Резистор | 33 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R12, R14 | Резистор | 15 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R13, R16 | Резистор | 2 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R15, R28 | Резистор | 4.7 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R17 | Резистор | 1.3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R18, R19 | Резистор | 100 Ом | 2 | В блокнот | |||
| R20, R21 | Резистор | 470 Ом | 2 | В блокнот | |||
| R22-R25 | Резистор | 51 Ом | 4 | В блокнот | |||
| R26, R27 | Резистор | 24 Ом | 2 | 1 Вт | В блокнот | ||
| R29, R32-R34 | Резистор | 5.1 кОм | 4 | В блокнот | |||
| R35 | Резистор | 3.3 кОм | 1 | В блокнот | |||
| R37 | Резистор | 10 Ом | 1 | 2Вт | В блокнот | ||
| R38 | Резистор | 680 Ом | 1 | В блокнот | |||
| U1 | Оптопара | PC817 | 1 | В блокнот | |||
| HL1 | Светодиод | 1 | В блокнот | ||||
| L1 | Катушка индуктивности | 20 мкГн | 1 | В блокнот | |||
| L2 | Катушка индуктивности | 10 мкГн | 1 | В блокнот | |||
| L3 | Катушка индуктивности | 1 | В блокнот | ||||
| T1 | Трансформатор | 1 | В блокнот | ||||
| FU1 | Предохранитель | 1 | В блокнот | ||||
| DD1, DD2 | ИС источника опорного напряжения | TL431 | 2 | В блокнот | |||
| DD3 | ШИМ контроллер | TL494 | 1 | ||||
Ценители качественного и громкого звука в салоне автомобиля непременно столкнутся с необходимостью установки автомобильного усилителя. Каждый автолюбитель знает, что мощность электрической сети автомобиля равняется 12 Вольт, чего критически мало для того, чтобы при сопротивлении в 4 Ом выдавать действительно мощный звук, ведь некоторые массивные динамики рассчитаны на питание в несколько тысяч Ватт. В таких случаях в автомобиль дополнительно устанавливают усилитель мощности для того, чтобы преобразовать напряжение. При желании усилитель мощности может быть изготовлен своими руками, его схема достаточно проста. Единственная сложность может — это изготовить блок питания для автомобильного усилителя.
Строение блока питания
Блок питание — самая сложная деталь в усилителе, которая состоит из:
- генератора импульсов;
- полевых транзисторов IRFZ44N;
- диода VD1,
- ферритового кольца диаметром минимум в 2 сантиметра;
- дросселя L1;
Чаще именно из-за трудоемкости сборки блока многие любители качественного звука отказываются от самостоятельной сборки автомобильного усилителя. На самом деле, все не так сложно как может показаться изначально. Достаточно обладать минимальными знаниями или следовать инструкции.
Сердцем преобразователя условно называют электрогенератор импульсов. Самая простая формула его создания лежит на основе схемы TL494. Частота генерации может быть увеличена или уменьшена при помощи изменения номинальной мощности резистора R3.
Мышцы блока питания для усилителя представляют собой сдельные транзисторы типа IRFZ44N. В схеме можно использовать резисторы любого типа (за исключением R4, R9, R10). В блок питания можно включить резисторы любой номинальной мощности, в том числе и 0,125 Вт, 0,25 Ватт и включая 1 Вт и даже 0,5 Вт. Светодиод VD1 монтируется в схему с целью предотвращения вторичного подключения плюсовых каналов.
Изготовление блока питания для усилителя
Гидродроссель L1 нужно накрутить на ферритовое кольцо диаметром 2 см. Его можно заимствовать с компьютерного блока питания или просто купить. Для ферритового кольца диаметром 2 см необходимо сделать 12 витков удвоенной проволокой срезом равным 0,7 миллиметрам, которые следует равномерно распределить по всему периметру кольца. Данный гидродроссель подходит и для наматывания на ферритовый стержень диаметром 8-10 миллиметров и длиной в 2 3 сантиметра. Однозначно, наиболее сложный момент в изготовлении конвертера напряжения - правильная формовка трансформатора, так как именно от трансформатора зависит работоспособность всего блока питания. Оптимальным решением будет изготовить его при помощи ферритового кольца марки 2000NM объемом в 40* 25 * 11.
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.
Недавно было решено повторить известную схему преобразователя аккумуляторного напряжения автомобиля 12 вольт, в повышенное двухполярное, для питания мощных УМЗЧ. Показана основа схемы, далее её можно "усовершенствовать"по своим желаниям. Схема проста, надежна, при мощности близкой к максимальной практически не наблюдается нагревания диодов моста, трансформатора и выходных ключей. Хотя в генераторе преобразователя и стоит классическая TL494 - схема работает на ура.Весь преобразователь питания собран на небольшой печатной плате из фольгированного стелотекстолита, транзисторы и мощные диоды припаяны металлическими фланцами наружу - к ним прикручивается массивный алюминиевый радиатор. Его размеры зависят от нагрузки, подключенной к устройству.
На следующей фотографии показан вид со стороны монтажа. Разрисовка платы и схемы в Layout - на форуме.
В качестве выпрямительных диодов стоят диоды Шоттки. Данным девайсом раскачивал в автомобиле две STK4044, субъективная оценка - очень хорошо!
При выходном напряжении U=+-51В, для нормальной работы микросхем STK на холостом ходу, при P=max просадка порядка 1,5 Вольт на плечо. Думаю этот провал мало ощутим на слух, тем более что усилитель на максимуме вряд ли кто слушает постоянно. Плата разработана собственноручно,можно сказать на скорую руку, так что вы можете усовершенствовать её по желанию. В общем данный самодельный преобразователь для автомобильного УНЧ работает на 100% - рекомендую к повторению. Более подробно зависимость мощности от напряжения выхода и сопротивления динамика УМЗЧ, показана в таблице.
Несмотря на всё многообразие автомобильных усилителей их схемотехника схожа. Давайте узнаем, как устроен рядовой усилитель для авто.
Начнём с блока питания или инвертора. Дело в том, что сам усилитель питается от бортового аккумулятора 12V. А усилительная часть требует двухполярного напряжения ±25 вольт, а иногда и больше.
На печатной плате усилителя обнаружить преобразователь не сложно, его выдаёт тороидальный трансформатор и куча электролитов.
А это уже усилитель Lanzar VIBE. Преобразователь занимает половину печатной платы.
В большинстве случаев преобразователь строится на базе микросхемы ШИ-контроллера TL494CN , которую легко обнаружить в блоках питания AT от ПК .
В мои руки попали несколько автоусилителей китайской сборки (CALCELL, Lanzar VIBE, Supra, Fusion). Во всех этих усилителях применялась схема преобразователя весьма похожая на ту, что опубликована в журнале "Радио" ("Трёхканальный УМЗЧ для автомобиля", автор В. Горев, №8 от 2005 года, стр. 19-21). Вот данная схема.
Отличие данной схемы от тех, что применяются в промышленных образцах автоусилителей - это другая элементная база, а также применение одного вторичного выпрямителя (здесь их два). В серийных образцах также отсутствуют компенсационные дроссели (2L2 - 2L3 , 2L4 - 2L5 ) и, соответственно, электролиты 2С9, 2С10, 2С13, 2С14. От всей этой цепи остаются только ёмкие электролитические конденсаторы на 3300 - 4700 мкФ (35 - 50V) на выходе преобразователя (2С11 , 2С12 ). На входе преобразователя для фильтрации помех от бортовой сети устанавливается П-образный фильтр (LC-фильтр + ёмкостной фильтр). Он состоит из дросселя на ферритовом кольце (2L1 ) и двух электролитических конденсаторов (на схеме - 2С8 , 2С21 ). Иногда, чтобы увеличить общую ёмкость конденсаторов, ставят несколько конденсаторов и соединяют их параллельно. Конденсаторы выбираются на рабочее напряжение 25V (реже 35V) и ёмкостью от 2200 мкФ.
Кроме этого в промышленных схемах цепи перевода из дежурного режима в рабочий выполнены на базе маломощных транзисторов. В приведённой же схеме для включения усилителя используется обычное электромагнитное реле на 12V.
В усилителях CALCELL, Lanzar VIBE, Supra в цепях обвязки микросхемы TL494CN установлена цепь из нескольких биполярных транзисторов. При подаче +12 на клемму REM (Remote - "управление") происходит запуск преобразователя - усилитель включается.
Схема инвертора - двухтактный преобразователь. В качестве ключевых транзисторов используются полевые N-канальные MOSFET транзисторы (например, IRFZ44N - аналог STP55NF06, STP75NF75) Также могут применяться и более мощные аналоги IRFZ46 - IRFZ48. Чтобы увеличить мощность преобразователя в каждом плече устанавливается по 2, а иногда и по 3 MOSFET-транзистора, а стоки их соединяются.
Благодаря этому через транзисторы можно прокачать значительный импульсный ток. Нагрузкой стоков полевых транзисторов являются 2 обмотки импульсного трансформатора. Он тороидальный, то есть в виде кольца с обмотками провода довольно большого сечения.
Так как с импульсного тороидального трансформатора напряжение снимается импульсное, то его нужно выпрямить. Для этих целей служат два сдвоенных диода. Один имеет общий катод (MURF1020CT , FMQ22S ), а другой общий анод (MURF1020N , FMQ22R ). Диоды эти непростые, а быстрые (Fast), рассчитанные на прямой ток от 10 ампер.
В результате на выходе получаем двухполярное напряжение ±25 - 27V, которое требуется для "раскачки" мощных выходных транзисторов усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ).
О важных мелочах. Чтобы отремонтировать автоусилитель в домашних условиях, необходим блок питания на 12V и ток несколько ампер. Я использую либо компьютерный блок питания или блок 12V(8А) , который приобрёл для светодиодной ленты. О том, как подключить автомобильный усилитель дома читайте .
Продолжение следует...
