Выбор мдп-транзисторов для преобразователя напряжения автомобильного унч
Автомобильный преобразователь напряжения
По просьбам наших уважаемых радиолюбителей, а именно в статье Саб с усилителем на TDA1562Q открываем новую довольно интересную тему про преобразователи напряжения, в частности автомобильные.
Преобразователи напряжения – это довольно актуальная тема для радиолюбителей автомобилистов, которые задаются целью установить в машине качественную акустическую систему с мощным бомбовым сабом и сателлитами, получив тем самым отличное качественное звучание, радующее слух не только владельца, но и окружающих.
Уж не знаю, конечно, насколько окружающим это нравится. Особенно в ночное время во дворе многоквартирного дома (прим. авт. AndReas). Но непосредственно для радиолюбителя важен сам факт качества звучания.
Добиться безупречности можно при наличии нескольких составляющих: во-первых, установкой правильно рассчитанного и собранного саба (лучше самодельного), во-вторых, подключением акустической системы, состоящей из сабвуфера и сателлитов, к усилителю мощности звуковой частоты с малым коэффициентом нелинейных искажений и, в-третьих, питанием усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ) от бортовой сети автомобиля (нужен преобразователь напряжения). В данной статье остановимся на последнем факторе подробнее.
Напряжение автомобильной бортовой сети составляет 12…14 вольт. Как известно, все качественные, мощные усилители звуковой частоты требуют значительно большего напряжения питания (вплоть до 100 вольт), что может быть достигнуто применением автомобильного преобразователя напряжения.
Основные блоки типичных преобразователей напряжения состоят из ШИМ – контроллера и выходного каскада на мощных транзисторах и трансформатора. В качестве ШИМ контроллера для автомобильных преобразователей напряжения могут применяться различные микросхемы. Особенно популярной и широко применяемой является TL494 или КР1114ЕУ4.
Вообще-то на сайте уже есть несколько схем преобразователей напряжения. Ознакомьтесь: Преобразователь 12 вольт – 220 вольт – довольно неплохой вариант для переделки под питающий блок усилителя; Простейший преобразователь напряжения; Импульсный преобразователь напряжения – это уже более серьёзный вариант с применением TL494 или КР1114ЕУ4.
Также совершенно обоснованно стоит упомянуть об автомобильном преобразователе напряжения, рассчитанном для питания усилителя мощности звуковой частоты на микросхеме TDA7294 – собран на TL494 или КР1114ЕУ4.
Теперь поговорим о трансформаторе. Трансформатор для автомобильного преобразователя напряжения мотается на ферритовом кольце.
Из отечественных ферритов наилучшими характеристиками обладают ферриты марок 2500НМС1 и 2500НМС2 как имеющие, в отличие от остальных марок, отрицательную температурную зависимость потерь и предназначенные для сильных магнитных полей. Но также возможно применение 2000НМ1, как более ходовой марки.
Можно использовать кольца 40х25х11 или 45х28х12. Для надёжности лучше взять два таких кольца, т.к. мощность нужна немаленькая, и склеить их любым клеем по керамике. После склеивания края закруглить напильником.
Теперь нужно рассчитать количество витков обмоток в зависимости от нужного напряжения и мощности на выходе автомобильного преобразователя напряжения. Возьмем для примера максимальную мощность трансформатора 500 ватт. Тогда ток в первичной обмотке равен I=500/12=41,66 ампера. Округленно примем I=42 А.
Но в преобразователях напряжения первичная обмотка трансформатора делится на две части (двухтактный преобразователь напряжения). Соответственно ток в каждом плече составит 21 ампер. Выбираем сечение обмоточного провода трансформатора. Площадь сечения получается S=0,157*21=3,297 мм2 или же провод сечением D=2 мм.
Но чем толще провод, тем ниже КПД и выше нагрев трансформатора. Рекомендуется взять несколько проводов меньшим диаметром, к примеру, 0,6 мм. Вычисляем его площадь по формуле S=?*R2, т.е. 0,32*3,14=0,283 мм2. Далее 3,297/0,283=11,7 округлим до 12. Значит, для намотки одного плеча нам понадобится 12 проводов сечением 0,6 мм.
Вторичная обмотка трансформатора преобразователя напряжения рассчитывается таким же образом. Определяем максимальный ток в зависимости от нужного напряжения (т.е. напряжение питания усилителя мощности звуковой частоты); ток умножаем на 0,157 мм2, найдя сечение провода; рассчитываем сколько потребуется проводков меньшим сечением.
Определившись с количеством витков в первичной обмотке, можно приступать к самой намотке трансформатора автомобильного преобразователя напряжения. Для этого берутся все 12 проводов, если используется провод сечением 0,6 мм, переплетаются косичкой и наматываются на кольца. Вторая часть первичной обмотки наматывается также.
Очень важно, чтобы витки обеих обмоток распределялись равномерно по всему кольцу, иначе трансформатор преобразователя будет греться, особенно на максимальной или близкой к этому значению мощности. Можно осуществить намотку другим способом. Намотать 12 отдельных обмоток для одного плеча, а потом точно также для второго и соединить их.
Выводы трансформатора сразу идут в печатную плату. Соединять надо так: 1-начало, 2-конец, т.е. 1;2;1;2. По окончанию намотки первичной обмотки можно её обернуть тканевой изоляционной лентой, а потом уже мотать вторичную. Вторичная обмотка мотается аналогично. Количество витков будет зависеть от напряжения, которое вы хотите получить.
Можете воспользоваться программой для расчета импульсного трансформатора для автомобильного преобразователя напряжения:
Скачать программу для расчета импульсного трансформатора
Особое внимание также стоит уделить выпрямлению и стабилизации полученного напряжения на выходе трансформатора автомобильного преобразователя. Необходимо подобрать импульсные диоды, чтобы они выдержали необходимую силу тока, способные работать на частоте от 80…100 кГц. На выход необходимо установить дроссели.
Для сердечника дросселей можно применить кольца, используемые в компьютерных блоках питания. Кстати, оттуда же можно выпаять и ШИМ – контроллер TL494 (КР1114ЕУ4). Дроссели содержат по 5…6 витков провода сечением не менее 2 мм. Есть ещё одна маленькая хитрость.
Обычно при питании устройств, в том числе и усилителей звуковой частоты, используются фильтрующие конденсаторы очень большой ёмкости. Рекомендуется 1000…2000 мкФ на 1 ампер нагрузки. Но для автомобильных преобразователей напряжения важна не сама ёмкость конденсаторов, а количество самих конденсаторов. Т.е.
лучше поставить, скажем, 10 штук по 1000 мкФ, чем один на 47000 мкФ.
Структурно принцип работы автомобильного преобразователя напряжения можно описать так. ШИМ контроллер TL494 (КР1114ЕУ4) задает частоту открытия и закрытия транзисторов. Двухтактным такой преобразователь напряжения называется потому, что при открытии одного плеча другое закрывается.
Смена режима происходит с заданной частотой ШИМ контроллера. Постоянное напряжение, преобразованное выходным каскадом на мощных транзисторах в переменное, подается на трансформатор. После этого напряжение выпрямляется диодным мостом, фильтруется дросселями и конденсаторами.
Ну а дальше автомобильный преобразователь напряжения выполняет непосредственно ту функцию, для которой создавался.
Ну и от полутеории перейдем к практике, добавив в копилку приведенных выше ссылок на схемы преобразователей напряжения ещё следующие схемы.
Автомобильный преобразователь напряжения с мощностью 500 ватт.
Варианты использования выходов автомобильного преобразователя напряжения:
Количество выходных обмоток автомобильного преобразователя напряжения можно уменьшить или вообще модернизировать, применив ультраскоростные диоды, рабочее напряжение которых значительно выше напряжения диодов Шотки, что позволяет получить выходное напряжение вплоть до 90 В, а при замене электролитических фильтрующих конденсаторов на более высоковольтные и выше 90 вольт.
Как видим, в выходном каскаде автомобильного преобразователя напряжения используются мощные полевики IRF3205 (отечественный аналог КП783А). Можно заменить на NTP5426, IRF540, IRF1405, IRF1407, IRF2805.
В модернизированной выходной схеме используются быстродействующие диоды 30EPF06.
Немного планку по мощности и приведем следующую схему автомобильного преобразователя напряжения 300 ватт.
В общем-то принципиальная разница в схемах состоит только в упрощении выходного каскада. Варианты использования выходов преобразователя следующие:
А если мы увеличим количество мощных полевых транзисторов IRF3205 в выходном каскаде преобразователя напряжения до трех штук на плечо, то получим весьма солидную мощность в 700 ватт.
Таким образом, при использовании автомобильного преобразователя напряжения конструктивно должно получиться нечто вроде этого:
Чертеж печатной платы и расположение деталей на ней в формате .lay можете также скачать:
Скачать чертеж печатной платы
Данные преобразователи напряжения, несмотря на упрощенную схемотехнику, достаточно надежны.
Непосредственно перед публикацией статьи, порывшись дополнительно в рунете, пришёл к выводу, что из приведенных выше схем автомобильных преобразователей напряжения можно исключить некоторые компоненты, тем самым значительно упростив конструкцию.
А именно, выходной каскад на полевых транзисторах подключается непосредственно к выходному трансформатору. Исключаются дроссели L4 для 300 ваттного и трансформатор TV1 со всей обвязкой для 500 и 700 ваттных преобразователей. Можно исключить оптрон IC1, тем самым убрав блок защиты.
В итоге можно получить очень простую для повторения схему автомобильного преобразователя напряжения.
Под эту схему есть также печатная плата в формате .lay. В архиве три печатки. Первый вариант – это печатная плата с подписанными элементами, второй вариант – обычный вариант с одним напряжением на выходе, третий вариант – с двумя разными напряжениями на выходе.
Скачать чертежи печатных плат для последнего варианта схемы
Источник: http://xn--80a3afg4cq.xn--p1ai/vashi-voprosy/avtomobilnyjj-preobrazovatel-napryazheniya.html
Схема — автомобильный преобразователь для УНЧ
Данный автомобильный преобразователь предназначен для питания мощного УНЧ от автомобильного аккумулятора 12В. В данном случае он преобразовывает 12 вольт автомобильного аккумулятора в +- 35 вольт.
Для уменьшения габаритов устройства, преобразование происходит на повышенной частоте. В преобразователе
напряжения, частота равна 50 кГц. Преобразователь обеспечивает двуполярным питанием УНЧ при максимальной мощности около 200Вт.
Для схемы выбрана преимущественно импортная элементная база, так как её сейчас достать проще. В качестве широтноимпульсного модулятора в схеме используется микросхема TL494. Генератор TL494 распространён во многих схемах ИБП, например можно выпаять её из блока питания АТ или АТХ.
В качестве коммутирующих транзисторов были выбраны мощные полевые IRFZ44N. Для разряда емкостей затворов полевых транзисторов служат буферные транзисторы КТ961 и КТ639.
Принципиальная схема преобразователя напряжения 12 — 2х35 вольт для питания мощного УМЗЧ.
Преобразователь напряжения работает следующим образом. Генератор импульсов частотой около 30-50 КГц собран на TL494, импульсы в противофазе поступают на цепи быстрого заряда и разряда емкостей затворов, которые формируют импульсы с коротким фронтом и срезом. Сформированые импульсы поступают на затворы управляющих транзисторов, стоки которых подключены к трансформатору.
Параллельно его обмоткам включены схемы гашения индуктивного выброса, чтобы исключить возможность пробоя транзисторов из-за избытка напряжения. Выпрямитель ничего особенного не имеет, обычный диодный мост и ёмкостный фильтр с дросселем против помех. Блок управления на микросхеме TL494 начинает работать сразу. К применяемым деталям некритичен.
На выводах 9 и 10 должны быть прямоугольные импульсы, сдвинутые по времени.
Преобразователь напряжения собран на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита.
Разводка печатной платы заметно влияет на ВЧ помехи на выходе преобразователя и соответственно на выходе усилителя мощности. Разработка своей печатки требует знаний. Возможно, лучше найти готовую печатку.
Про свою печатку могу сказать, что она полностью работоспособна и имеет минимум помех, хотя можно сделать лучше.
В схеме использовались резисторы типа МЛТ — 0,125, за исключением тех, мощность которых указана на схеме, подстроечные резисторы — любые подходящие по размеру и расположению выводов, желательно чтобы они были типа А.
Диоды выпрямителя устанавливаются на небольшой радиатор. Транзисторы драйвера в радиаторах не нуждаются. Мощные полевые транзисторы устанавливаются через слюдяные прокладки на большой радиатор, при необходимости добавляется куллер.
Намоточные данные трансформатора и дросселей указаны на схеме.
Трансформатор надо мотать очень качественно, от этого зависит работа всего преобразователя. Намотку трансформатора надо делать как можно плотнее к сердечнику и распределять витки равномерно по всему кольцу.
Первичная обмотка – 4 витка по всему магнитопроводу жгутом из 10 проводов диаметром 1,6 мм, после этого делим жгут пополам. Конец одной соединяется с началом другой полуобмотки. Вторичка – 16 витков жгутом из 4 проводов диаметром 1,2 мм, потом делим пополам.
Провода можно взять другого диаметра и изменить количество жил, так что бы сечение осталось прежним.
Но все эти цифры даны приблизительно, так как особой точности выходных напряжений не требуется. Ну будет у вас не +-35, а 31 вольт и что с того? Магнитопровод можно обмотать слоем лакоткани, что бы не повредить изоляцию провода во время намотки.
Читайте также: Обзор карманного осциллографа dso201
Между обмотками тоже прокладываем слой изоляции для исключения замыканий. На выходе трансформатора должны быть трапециидальные импульсы. Дроссель сделаны на феррите от блока питания компьютера по 10 витков проводом ПЭЛ-1.
Диоды выпрямителя лучше поставить с низким падением напряжения — Шоттки.
Источник: http://xn—-7sbbil6bsrpx.xn--p1ai/sxema-avtomobilnyj-preobrazovatel.html
Музыка в авто. Часть #3.2. Преобразователь напряжения. — бортжурнал Audi 100 “Sandkastenfreund” 1991 года на DRIVE2
Салют, драйвовчане. Я наконец-таки выбрался домой, теперь есть время для занятий своим хобби. Этой записью продолжаю трилогию про создание сабвуферного усилителя своими руками. Впереди последняя часть, в которой будет рассказано про сборку сабсоника, защиты АС и корпуса. А теперь, ПОГНАЛИ!
***Изучение матчасти***
Существует давно известный факт — от 12 В бортового напряжения можно получить лишь 18 Вт мощности. Чтобы качественно качать саб, нужно как минимум 100 Вт. Повторюсь, от 12 В такую мощность получить НЕВОЗМОЖНО.
Для этого в мощных автомобильных усилителях используются преобразователи напряжения, поднимающие бортовое напряжение 12 В до необходимого. В случае с Ланзаром нужно получить 55-60 В, чтобы снять с него максимальную мощность.
В интернете есть куча схем, в нашем случае лучше всего использовать схемы на микросхеме TL494. Перелопатив кучу этих схем, я отобрал несколько годных, и переделал их под свои нужды.
Если вы собрались браться за такое, очень советую посмотреть видео Ака Касьяна, вот ссылка на него. Очень доступно все объясняет. Поэтому на принципе работы я останавливаться не буду.
***Изготовление печатной платы***
Подробно процесс изготовления печатки я описывал тут, поэтому также не останавливаюсь, но парочку фоток я все-таки скину). Из новшеств — “типа шелкография”, также печатал на журнальных листах и переводил утюгом. На одну плату перевелось отлично, на преобразователь плоховато, но ничего.
Полный размер
Справа листик с ‘шелкографией’, снизу тизерок следующей темы)
Полный размер
Без лака никуда)
Полный размер
Готовые платы)
После всего этого были насверлены отверстия, платы залужены, ну и естественно запаяны все элементы.
Полный размер
За .lay файлом стучитесь в ЛС
Область, выделенная красным — защита АС, о ней я скажу позже. Я просто использовал свободное место на печатке. К преобразователю напряжения она не имеет никакого отношения.
***Сборка преобразователя***
Самое сложное в создании преобразователя — намотка трансформатора. Ее я сегодня и разжую. В качестве сердечника я использовал ферритовое кольцо. Искал я его долго, если находил — было фуфло, с низкой проницаемостью. К выбору кольца нужно отнестись ответственно, желательно не брать кольца без маркировки и если вы не уверены.
Я на хреновом кольце перевел кучу проволоки, а оказалось хреновое кольцо. В итоге было куплено кольцо размером 45х28х12. Без маркировки, точно проницаемость не знаю, продавец уверял, что 2000, потом я расскажу, оказалось ли это правдой.
Чтобы рассчитать моточные данные, воспользуемся программой RingFerriteExtraSoft
Частоту преобразования делал 40 кГц, Сопротивление канала Rds(on) нужно брать из даташита полевых транзисторов, которые вы используете. Для IRF3205 это 0,008 Ом. Все остальное вводится исходя из ваших требований.
Можно выставить диаметр проволоки и количество жил в шине. Использовать можно только проволоку в лаке.
Берем наше кольцо, на него необходимо поставить изоляцию. Я использовал малярный скотч, можно тряпичную изоленту, можно вообще забить и не ставить ее.
Теперь приступаем к намотке первички.
Полный размер
С изоляцией и без
Программа дает длину обмотки, но дает она ее с большим запасом, это нам не подходит. Берем кусок проволоки, мотаем равномерно 5 витков (в моем случае 5, у вас может быть иначе, в зависимости от расчета), отмеряем с запасом 10-15 см. Все, длину обмотки мы узнали. Нарезаем необходимое количество.
Теперь формируем две шины по 7 жил и аккуратно, равномерно, без нахлестов и т.д. мотаем на кольцо. Чем качественнее намотка, тем лучше все это будет работать. Запоминаем, в какую сторону мотаем, это очень важно.
Полный размер
Вот так у меня получилось, можно и лучше
Ставим на жилы изоляцию, в моем случае термоусадка.
Теперь заматываем всю первичную обмотку тряпичной изолентой.
Формируем выводы. Теперь очень важный момент. Две обмотки должны быть сфазированы между собой. Т.е. Должны быть соединены КОНЕЦ ОДНОЙ ОБМОТКИ И НАЧАЛО ДРУГОЙ. Это очень важный момент, зачастую делают в этом ошибку, соединяя начало и конец одной и той же обмотки. Так как у нас на плате предусмотрено место, где они соединяются, посередине кольца должны быть конец одной и начало другой.
Полный размер
Вроде доступно объяснил
После окончательной намотки первички, нужно намотать наверх тестовую вторичку. Берем любую проволоку, мотаем 8-10 витков. К ним припаиваем лампочку. Впаиваем кольцо на плату. Первый запуск лучше всего делать через лампу, подключенную в разрыв питания. Если на схеме ошибка, она загорится. Если все хорошо, лампа гореть не должна.
На фото видно, что лампочка в цепи питания не горит, значит все гуд. А вот лампочка на вторичке горит, значит мы все сделали правильно. Меряем ток холостого хода. Он должен быть не больше 0.8 А. У меня он 0.27 А. Кольцо и полевики не должны быть горячими.
Если у вас все получилось, как у меня, можно мотать вторичку. Если нет — ищем проблему, если большое ток холостого хода, возможно вам продали плохое кольцо. Если горит лампа и по схеме нет ошибок — скорее всего неправильно сфазировали обмотки, либо очень плохое кольцо.
Намотка вторички ничем не отличается от намотки первички, только жилы длинные и тяжело аккуратно мотать. Наматывать необходимо в том же направлении, в каком мотали первичку. Еще лучше брать большой запас по длине. Зачастую выходное напряжение не совпадает с расчетным.
У меня оно получилось намного больше, поэтому мне пришлось отматывать 8 витков.
Полный размер
Готовая вторичка
Формируем выводы, впаиваем, запускаем через лампу, если все гуд, то без нее. Меряем выходные напряжения.
Силовые дорожки на плате желательно хорошо пролить припоем, все-таки токи немалые, а количество меди на плате небольшое.
Полный размер
Припоя пошло туда немало
Ну и напоследок цепляем полевики на радиатор, все через прокладки и втулки. На радиаторе не должна прозваниваться средняя нога. Диоды на выходе также можно поставить на радиатор через прокладки, но сильно они не греются.
Ну и финальный вид преобразователя:
***Заключение***
Полгода у меня заняли поиски кольца для него, сделано две разные печатные платы. Но я сделал это, я смог). В скором времени буду оформлять все это добро в общий корпус и тестировать.
Музыка в авто. Часть #1. Сабвуфер JBL GTO1202d.
Музыка в авто. Часть #3.1. Усилитель ЛАНЗАР, 300Вт веселья.
А на сегодня всё 🙂
Стаўце падабайкi i падпiсвайцеся!
Источник: https://www.drive2.ru/l/8809530/
vip-cxema.org – Преобразователь для автомобильного сабвуфера
Очень часто во время постройки сабвуферных автомобильных усилителей радиолюбители часто сталкиваются с проблемой сборки преобразователя напряжения.
Преобразователь напряжения предназначен для повышения бортовых 12 Вольт автомобиля до нужного уровня для питания усилителя мощности. Наш преобразователь способен питать довольно мощные усилители низкой частоты для сабвуфевра. Выходная мощность преобразователя составляет 250-270 ватт, отлично подходит для питания одного-двух усилителей на микросхеме TDA7293/94 (даже по схеме Чивильча).
Для начала разберемся с намоткой импульсного трансформатора. Берем кольцо 40х25х11 марки 2000НМ, и закругляем острые углы со всех сторон. Удобно использовать надфиль.
После этого кольцо обматываем тканевой изолентой.
Первичная обмотка растянута по всему кольцу и содержит 2х6 витков, провод 0,7мм из пяти жил.
Для начала нужно отрезать 10 кусков провода 0,7мм (по пять жил для каждой половинки). Длина каждого куска 30 см. Далее собираем шину из 5 жил, таким образом получаем две шины, каждая из 5 – и жил провода 0,7мм. Затем с кончиков проводов сдираем лак, скручиваем и залужаем. Мотаем оба плеча сразу – равномерно по всему кольцу.
После полной намотки получается 4 вывода. После этого один конец первой половины обмотки подключаем к другому концу второй половины. К примеру – начало одной половины к концу второй или начало второй к концу первого.
После намотки первичной обмотки трансформатор изолируют той же тканевой изолентой и мотаем вторичную – повышающую обмотку.
Обмотка содержиит содержит 2х18 витков. Обмотку мотают и фазируют по тому же принципу, что и первичную. На сей раз обмотка намотана двумя жилами провода 1,2 мм. После этого опять изолируем обмотку, хотя эту изоляцию можно и не ставить.
Далее собираем саму схему преобразователя.
Схема построена на традиционном ШИМ контроллере TL494. Преобразователь не имеет контроля выходного напряжения, но просадка небольшая, сама схема работает довольно стабильно. В качестве полевых ключей использованы транзисторы серии IRFZ44. При замене на IRF3205 мощность можно увеличить до 300 ватт.
На маломощных транзисторах построен серии BC557 (можно заменить на BC556 или на отечественный КТ3107). Драйвер предназначен для усиления сигнала с микросхемы. Схема в особой наладке не нуждается и должна заводится сразу. Для страховки, в цепь питания подключаем лампу накаливания (галогенку 12 вольт 60-120 ватт). Лампу подключаем последовательно в разрыв плюса или минуса питания.
В качестве выпрямителя можно использовать любые импульсные диоды с рабочей частотой более 60кГц, обратное напряжение не менее 50 вольт при токе не менее 10 А. Можно использовать отечественные диоды серии КД213А (ток 10 А при рабочей частоте до 100кГц) или диодные сборки Шоттки из компьютерных блоков питания.
Дроссель на входе питания может быть намотан на кольце от порошкового железа или же на ферритовом стержне с длиной 2,5см. Мотается дроссель двумя жилами миллиметрового провода и содержит 7-10 витков.
Дроссели на в выходной части можно мотать на стержне из феррита с длиной 2-3 см (или же на кольце) и состоит из 5-7 витков. Для намотки можно использовать провод с сечением 1,2 мм 9для удобства можно мотать двумя жилами провода 0,6-0,7мм).
Печатная плата в формате *.lay
Автор материала kosty Краснодарский кр. Тихорецк.
Источник: http://vip-cxema.org/index.php/home/bloki-pitaniya/30-preobrazovatel-dlya-avtomobilnogo-sabvufera
Автомобильный преобразователь ±20 В для аудио усилителя
Jonathan Filippi
Напряжения бортовой сети легкового автомобиля (12 В) недостаточно, чтобы получить большую выходную мощность от аудио усилителя, поэтому для питания усилителя необходим повышающий преобразователь.
Какую же неискаженную мощность можно получить при однополярном напряжении питания 12 В?
(Uп × 0.709 / 2)2 / Rд,
где Uп – напряжение питания, 0.709 – коэффициент пересчета на действующее значение звукового сигнала,
Rд – сопротивление динамика.
Итак, (12 × 0.709 / 2)2 / 4 = 4.5 Вт. Не впечатляет…
Для питания мощного усилителя звуковой частоты лучше всего применять двуполярное симметричное питание, например, ±20 В.
Тогда (20 × 0.709)2 / 4 = 50 Вт. Разница существенная, не так ли?
Предлагаемый блок питания предназначен для питания двухканального усилителя с максимальной мощностью 50 Вт на канал. Если требуется иное значение мощности, выходное напряжение может быть легко изменено.
Кликните для увеличения
| Надписи на схеме | |
| 70A 4 mOhmsMOSFET | MOSFET транзистор с сопротивлением открытого канала 4 мОми максимальным током 70 А |
| Ferrite bead | Ферритовая бусина |
| Powder iron toroid | Кольцо из порошкового железа |
| 5*5;10*10, turns, AWG22*3 primary,AWG22*2 secondary | Первичная обмотка – 5+5 витков тройного провода 0.32 мм2,вторичная обмотка – 10+10 витков двойного провода 0.32 мм2 |
| Shottky, 3 Arectifier | Диод Шоттки на 3 А |
Как работает схема?
Это классическая схема двухтактного преобразователя, выдающего симметричное двуполярное напряжение. Имейте в виду, что устройство будет потреблять довольно значительный ток (около 10 A), так что необходимо найти провода подходящего сечения и надежно их припаять, иначе потери напряжения на входе могут оказаться недопустимо большими.
Читайте также: Восстановление кислотных аккумуляторов
Конструкция трансформатора должна быть направлена на снижение скин-эффекта. Это можно сделать, использовав несколько соединенных параллельно обмоточных проводов.
Выходное напряжение зависит от коэффициента трансформации и скважности рабочего цикла. У меня коэффициент трансформации 2, так как количество витков трансформатора 5+5 и 10+10.
За счет динамического управления контроллером ШИМ TL494, выходное напряжение поддерживается на уровне 20 В.
Повышающий коэффициент трансформатора должен быть немного выше требуемого, чтобы компенсировать потери на выпрямительных диодах, на сопротивлении обмоток, а также снижении входного напряжения из-за падения на входных проводах.
Конструкция трансформатора
Для заявленной мощности трансформатор должен быть достаточно большим. Сердечник моего трансформатора имеет длину 33.5 мм, высоту 30.0 мм и ширину 13 мм, при этом площадь поперечного сечения равна 1.25 см2. Этого достаточно для того, чтобы на частоте 50 кГц получить мощность 150 Вт.
Провода обмоток, особенно первичной должны быть довольно большого сечения, но вместо одного провода лучше использовать несколько проводов параллельно. Это снизит внутреннее сопротивление, которое увеличивается из-за скин-эффекта.
Первичная и вторичная обмотки имеют отвод от середины, это означает, что вы должны намотать 5 витков первичной обмотки, сделать отвод, и намотать еще 5 витков.
То же самое необходимо сделать и при намотке вторичной обмотки: 10 витков, отвод, и еще 10 витков.
Очень важно, чтобы сердечник трансформатора не имел воздушных зазоров, иначе возникнут большие индуктивные выбросы напряжения, превосходящие уровень рассчитанного выходного напряжения. Поэтому, если выходное напряжение (при полном коэффициенте заполнения импульсов ШИМ) превышает величину
Vin × N2 / N1 – Vdrop
где Vin – входное напряжение, N1, N2 – количество витков первичной и вторичной обмоток,
Vdrop – прямое падение напряжения на выпрямительных диодах,
это означает, что трансформатор имеет воздушный зазор (но нужно быть слепым, чтобы не заметить его), и КПД преобразования резко снизится. Чтобы избежать этого, используйте Ш-образный сердечник без зазора или ферритовое кольцо.
Выходные диоды, конденсаторы и дроссель
На выходе трансформатора я использовал диоды Шоттки, так как они имеют низкое прямое падение напряжения малое время восстановления. Недорогие 1N5822 (прямой ток 3 A) – лучший выбор для данной схемы.
Используйте выходные конденсаторы 4700 мкФ 25 В, больше не надо, так как на высоких частотах пульсации определяются, в основном, эквивалентным последовательным сопротивлением конденсатора (ESR).
К тому же, при большом коэффициенте заполнения импульсов ШИМ на конденсаторы подается, практически, постоянное напряжение.
Дроссель, подключенный к отводу вторичной обмотки, фильтрует пульсации выходного напряжения и способствует его стабилизации при асимметрии выходных напряжений.
Силовые ключи и драйвер
Я использовал ключевые транзисторы в корпусах D2PAK максимальным напряжением 70 В, максимальным ток 80 A и сопротивлением открытого канала 0.004 Ом. Это – очень дорогие и труднодоступные приборы фирмы Fairchind semiconductor.
В принципе, в схеме смогут работать любые мощные полевые транзисторы, но чем ниже будет их сопротивление канала, тем меньше будет потерь в открытом состоянии, меньший их нагрев и, соответственно, меньше размеры радиатора, и, как следствие, более высокий КПД устройства.
На полной мощности (100 Вт) преобразователь на указанных транзисторах работает с КПД 82% с терпимым нагревом довольно небольшого радиатора, без вентилятора.
При увеличении мощности до 120 Вт перегрев радиатора увеличивается на несколько градусов и КПД снижается до 75% (сердечник трансформатора входит в насыщение).
Используйте MOSFET транзисторы с низким сопротивлением открытого канала, и проблем с перегревом радиатора не будет возникать, иначе вам даже может потребоваться вентилятор. В качестве драйвера полевых транзисторов используется микросхема TPS2811P фирмы Texas instruments, рассчитанная на пиковый ток 2 А и время переключения 200 нс.
Индуктивность линий управления затворами должна быть минимальной, чтобы снизить потери при переключении силовых ключей и влияние на них импульсных шумовых помех. Лично я считаю, что снижение индуктивности достигается с помощью витой пары (свитые проводники, идущие от драйвера к затворам и от стоков к «земле»).
При этом резисторы необходимо располагать возле затворов транзисторов, а не возле микросхемы драйвера.
Контроллер
Я применил испытанный ШИМ контроллер TL494 с рабочей частотой, регулируемой потенциометром в пределах 40–60 кГц. Для уменьшения бросков тока добавлена схема мягкого старта.
Необходимое выходное напряжение устанавливается подстроечным резистором в цепи обратной связи. К выходнам контроллера ШИМ подключены подтягивающие резисторы R3 и R4, которые в каждом цикле, поочередно, подключаются к «земле».
Импульсные выходные сигналы поступают на сдвоенный драйвер MOSFET транзисторов (TPS2811P).
Питание устройства и снижение помех
Как уже было отмечено выше, входные провода и соединительные контакты должны быть достаточно мощными для снижения потерь от падения напряжения и обеспечения высокого КПД. Не забудьте поставить на входе предохранитель на 10–15 А, поскольку ток короткого замыкания автомобильных аккумуляторов очень велик.
При подключении к аккумулятору не лишним будет установить предохранитель и непосредственно возле него. Это обезопасит Вас от любой непредвиденной ситуации (а значит и от взрыва, пожара, пожарных и полиции). Немаловажна и фильтрация входного напряжения. Используйте на входе конденсаторы емкостью не менее 20,000 мкФ на напряжение 16 В.
Полезно применить и дроссель (с необходимым максимальным током), но пока я решил его не ставить.
Заключительные соображения
Описанный блок питания имеет КПД 85% (иногда даже 90% с определенным видом нагрузки). Для проверки пульсаций выходного напряжения воспользуйтесь осциллографом, но если вы будете следовать моим указаниям, проблем с помехами не будет.
Обратная связь для стабилизации напряжения – это хорошо, но имейте в виду, что обратной связью охвачено только положительное плечо, отрицательное плечо лишь повторяет напряжение положительного. Если нагрузка несимметрична, возможны два варианта:
- Сопротивление нагрузки в положительном плече ниже, чем в отрицательном. Проблем не должно возникнуть, так как отрицательное напряжение повторяет напряжение в положительном, регулируемом плече, что для аудио усилителя не страшно.
- Сопротивление нагрузки в отрицательном плече больше, чем в положительном. Тут будет снижение напряжения на отрицательной шине относительно земли (т.е. перекос), особенно если нагрузка подключена только к этому контакту.
К счастью, аудио усилители являются вполне симметричной нагрузкой, а выходной фильтр из дросселя и конденсаторов позволяет стабилизировать выходные напряжения во время несимметричных переходных процессов (на басах).
| ВНИМАНИЕ!Имейте в виду, что ЭТОТ ПРОЕКТ НЕ ДЛЯ НОВИЧКА. НИ В КОЕМ СЛУЧАЕ НЕ ИСКЛЮЧАЙТЕ ИЗ СХЕМЫ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ, НЕ ЗАМЕНЯЙТЕ ЕГО ТОЛСТОЙ ПЕРЕМЫЧКОЙ (ЖУЧКОМ)! ЭТО ПОМОЖЕТ ИЗБЕЖАТЬ БОЛЬШИХ ПРОБЛЕМ. |
ДЛЯ ПЕРВОГО ПРОБНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ используйте небольшой блок питания на 12 В и резисторы для имитации нагрузки и измерения выходного тока и тока потребления. Попытайтесь определить КПД. Если он выше, чем 70–75% – вы можете быть довольны своим детищем. Регулировкой частоты добейтесь компромисса между выходной мощностью и потерями при переключении, от скин-эффекта и гистерезиса.
Перечень элементов
| Кол-во | Обозначение | Значение |
| Резисторы | ||
| 2 | R1, R2 | 10 Ом |
| 4 | R3, R4, R6, R7 | 1 кОм |
| 1 | R5 | 22 кОм |
| 1 | R8 | 4.7 кОм |
| 1 | R9 | 100 кОм |
| Конденсаторы | ||
| 2 | C1, C2 | 10,000 мкФ |
| 2 | C3, C6 | 47 мкФ |
| 1 | C4 | 10 мкФ |
| 3 | C5, C7, C14 | 100 нФ |
| 2 | C8, C9 | 4700 мкФ |
| 1 | C12 | 1 нФ |
| 1 | C13 | 2.2 мкФ |
| Микросхемы | ||
| 1 | U1 | TL494 |
| 1 | U2 | TPS2811P |
| Транзисторы | ||
| 2 | Q1, Q2 | FDB045AN |
| Диоды | ||
| 4 | D1-D4 | 1N5822 |
| 1 | D5 | 1N4148 |
| Разное | ||
| 1 | FU1 | 10 A |
| 1 | L1 | 10 мкГн |
| 1 | L2 | Ферритовая бусина |
| Триммеры | ||
| 1 | RV1 | 2.2 кОм |
| 1 | RV2 | 24 кОм |
| 1 | T1 | Трансформатор TRAN-3P3S |
Источник: https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=72059
MOSFET: простые конструкции
Источник: http://radiomurlo.narod.ru/HTMLs_3/PROJECT_33.html
Спасибо за ваше внимание к сайту нашим новым публикациям.