Блок питания усилителя мощности руками. Блоки питания мощные и не очень для умзч

Приветик всем!!!
Представляю вашему вниманию испытанную мной схему достаточно простого импульсного сетевого блока питания УМЗЧ. Мощность блока составляет около 180 Вт.

Краткие характеристики ИБП

Входное напряжение - 220В;
Выходное напряжение - ±25В;
Частота преобразования - 27кГц;
Максимальный ток нагрузки - 3,5А.

Схема импульсного блока питания

Схема достаточно проста:

Она представляет из себя полумостовой инвертор с переключающим насыщаюшимся трансформатором. Конденсаторы С1 и С2 образуют делитель напряжения для одной половины полумоста, а так же сглаживают пульсации сетевого напряжения. Второй половиной полумоста являются транзисторы VT1 и VT2, управляемые переключающим трансформатором Т2. В диагональ моста включена первичная обмотка силового трансформатора Т1, который рассчитан так что он не насыщается во время работы.

Для надёжного запуска преобразователя, применён релаксационный генератор на транзисторе VT3, работающем в лавинном режиме.
Кратко принцип его работы. Конденсатор С7 заряжается через резистор R3, при этом напряжение на коллекторе транзистора VT3 пилообразно растёт. При достижении этого напряжения примерно 50 – 70В, транзистор лавинообразно открывается, и конденсатор разряжается через транзистор VT3 на базу транзистора VT2 и обмотку III трансформатора Т2, тем самым запуская преобразователь.

Конструкция и детали ИБП

Блок питания собран на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита.
Чертёж платы не привожу, так как у каждого в заначке свои детали. Ограничусь лишь фото своей платы:

По моему, утюжить такую плату не имеет смысла, она слишком простая.

В качестве транзисторов VT1 и VT2 можно применить отечественные КТ812, КТ704, КТ838, КТ839, КТ840, то есть с граничным напряжением коллектор-эмиттер не менее 300В, из импортных знаю только J13007 и J13009, они применяются в компьютерных БП. Диоды можно заменить любыми другими мощными импульсными или с барьером шоттки, я, например, использовал импортные FR302.

Трансформатор Т1 намотан на двух сложенных кольцах К32×19Х7 из феррита марки М2000НМ, первичная обмотка намотана равномерно по всему кольцу и составляет 82 витка провода ПЭВ-1 0,56. Перед намоткой необходимо скруглить острые кромки колец алмазным надфилем или мелкой наждачной бумагой и обмотать слоем фторопластовой ленты, толщиной 0,2 мм, так же нужно обмотать и первичную обмотку. Обмотка III намотана сложенным вдвое проводом ПЭВ-1 0,56 и составляет 16+16 витков с отводом от середины. Обмотка II намотана двумя витками провода МГТФ 0,05, и расположена на свободном от обмотки III месте.

Трансформатор Т2 намотан на кольце К10×6Х5 из феррита той же марки. Все обмотки намотаны проводом МГТФ 0,05. Обмотка I состоит из десяти витков, а обмотки II и III намотаны одновременно в два провода и составляют шесть витков.

Наладка ИБП

ВНИМАНИЕ!!! ПЕРВИЧНЫЕ ЦЕПИ БП НАХОДЯТСЯ ПОД СЕТЕВЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ, ПОЭТОМУ НУЖНО СОБЛЮДАТЬ МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ НАЛАДКЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ.

Первый запуск блока желательно производить подключив его через токоограничивающий резистор, представляющий из себя лампу накаливания мощностью 200 Вт и напряжением 220 В. Как правило, правильно собранный БП в наладке не нуждается, исключение составляет лишь транзистор VT3. Проверить релаксатор можно подключив эмиттер транзистора к минусовому полюсу. После включения блока, на коллекторе транзистора должны наблюдаться пилообразные импульсы частотой около 5 Гц.

Не мечтай, действуй!

Эксперименты по улучшению звука, извлекаемого с помощью усилителя, описанного в предыдущих трех частях проекта, начнем с модернизации блока питания. Спроектированный блок питания имеет следующие достоинства:
- учитывает особенности реального аудиосигнала;
- малые потери в выпрямительном мосте;
- опция двухполярного источника питания для каскадов предварительного усиления.
Блок питания может быть использован как для настоящего проекта, так и для самостоятельного конструирования усилителей звуковых частот.

Общие замечания

Вначале оценим требования к источнику питания (ИП) на основе фундаментальных знаний, а затем воспользуемся программами расчета. Рассмотрим соотношения в выходном каскаде УМЗЧ, работающим в классе АВ в разрезе требований к проектированию ИП.
Максимальное напряжение на выходе усилителя:

Uвых макс=sqrt(2Pн максRн),

амплитуда переменного тока в цепи нагрузки достигает:

Iвых макс=Uвых макс/Rн.

Предельный (идеальный) КПД двухтактного комплементарного повторителя при синусоидальном сигнале

ηмакс=Pн/Pпотр=π/4≈0,78.

Усилитель мощности звуковой частоты по отношению к источнику питания можно рассматривать как преобразователь мощности постоянного тока ИП в мощность переменного тока. Примем КПД такого преобразователя (при Pн макс) η=0,7.
При наличии конденсатора Сп в цепи питания усилителя мощности потребляемый ток будет

Iп≈Pн макс/(2ηUп).

Расчеты по приведенным соотношениям показывают (рис. 1), что потребляемый постоянный ток Iп в шесть раз меньше максимального тока нагрузки Iвых макс. Этот факт еще раз подчеркивает важность разводки цепей питания в усилителе. Рекомендации по монтажу слаботочных и сильноточных цепей были даны в первой части настоящего проекта.

Рис. 1. Скриншот расчета ИП в программе Microsoft Excel. В ячейках с заливкой светло-синего цвета помещены исходные данные, оранжевого цвета – расчетные соотношения

Основные соотношения, необходимые для прикидочного расчета нестабилизированного источника питания, обеспечивающего при токе нагрузки Iн напряжение Uн , приведены в прилагаемом ниже файле. Расчет ведется для мостовой схемы, в которой в качестве выходного напряжения Uн берется суммарное напряжение 2Uп, а накопительный конденсатор Сп представляет собой два последовательно включенных конденсатора удвоенной расчетной емкости (рис. 2).

Рис. 2. Мостовой ИП для двух симметричных относительно общего провода выходных напряжений

Файл с пояснениями по расчетным соотношениям можно взять здесь:

--
Спасибо за внимание!

Результаты расчетов по приведенным формулам даны на втором листе файла xls, а печать с экрана фрагмента листа показана на рис. 3.

Рис. 3. Таблица результатов расчета ИП

Требуемая мощность трансформатора и параметры диодов получены для максимальной выходной мощности УМЗЧ. Необходим силовой трансформатор мощностью 70…80 Вт и диоды с прямым током 2 А, импульсным током 50 А, обратным напряжением 200 В.

Основные параметры:
Входное напряжение: ~2х(15…20) В
Максимальный ток нагрузки: до 4 А
Рабочий ток источника питания ±15 В: 50 мА
Размеры печатной платы: 54х150 мм

Ниже обсудим возникшие вопросы, попутно отметив, что полезную информацию по изготовлению блока питания можно почерпнуть из .

--
Спасибо за внимание!
Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»

Вначале на печатной плате устанавливают малогабаритные детали: пленочные конденсаторы, диоды, электролитические конденсаторы двухполярного источника питания. Затем монтируют клеммники и электролитические конденсаторы сглаживающего фильтра. После пайки последние желательно дополнительно укрепить на печатной плате с помощью термоклея.
Необходим электрический клеевой пистолет (рис. 10), предназначенный для склеивания между собой изделий из пластмассы, металла, керамики и других материалов. Он используется для крепления крупногабаритных деталей (оксидных конденсаторов, трансформаторов, дросселей и т. п.) на печатных платах, фиксации разъемов и многих других целей.

Расходным материалом для склеивания служит силиконовый термоклей, который выпускается в виде цилиндрических стержней диаметром 11 мм различного цвета. Стержень устанавливается в пистолет через отверстие в задней части пластмассового корпуса. После включения в сеть и прогрева инструмент готов к работе. Узкое жало пистолета позволяет действовать в труднодоступных местах, а курок – дозатор обеспечивает контролируемую подачу клея через нагревательный элемент. После выдавливания расплавленной силиконовой массы на склеиваемую поверхность следует прижать детали до момента схватывания термоклея.

Рис. 10. Пистолет для клея прост в использовании, надежен и долговечен

Детали блока питания:

DA1 – Стабилизатор 7815 (15V;1,0A), ТО-220 – 1 шт.,
DA2 – Стабилизатор 7915 (-15V;1A), ТО-220 – 1 шт.,
Радиатор U-образный FK301, алюминий, 13,3x19,1x12,7мм, для корпусов типа TO-220 – 2 шт.,
VD1…VD4 - Диод Шоттки 80SQ045-IR (45V/8A) – 4 шт.,
R1 - Рез.-0,25-470 Ом (желтый, фиолетовый, коричневый, золотистый) – 1 шт.,
С1 - Конд.0,1/1000V К78-2 – 1 шт.,
С2, С15…С18 - Конд.0,1µ/63V J К73-17 – 5 шт.,
С3…С6 - Конд.0,01/630V К73-17 – 4 шт.,
С7…С14 - Конд.4700/35V 1840 +105°С – 8 шт.,
С19, С20 - Конд.100/25V 0809 105°C – 2 шт.,
Клеммник 3К шаг 5 мм ТВ-03ВС на плату – 3 шт.,
FU1 – Держатель предохранителя на приборный блок 5х20 мм, FH-02, - 1 шт.,
Пред. 1А (d=5;L=20) стекл. – 1 шт.,
XP1 - Шт. «Сеть» CS-001 приб./защёлка – 1 шт.,
Конт.заж. типа «O», TRI-1,25-2,5-M5, изолированный – 2 шт.,
XT1 - Клеммник приборный – 1 шт.,
SA1 - Выключатель питания 250В, 6А – 1 шт.

Импульсный блок питания для УНЧ сконструирован для обеспечения напряжением питания двух канальный УМЗЧ. БП рассчитан на работу усилителя с выходной мощностью 200 Вт на каждый канал. Данное устройство состоит из двух печатных плат. На одной плате реализован фильтр сетевого напряжения, электромагнитное реле, трансформатор, диодный мост с фильтрующим конденсатором 1000 мкФ х 25v в его цепи. На другой плате собран модуль управления, трансформатор выпрямителя, а также в цепи фильтра конденсаторы и дроссели.

Биполярные транзисторы КТ626, а также мощные 2SK1120 MOSFET либо КП707В2 должны быть установлены на радиаторах с достаточной площадью рассеивания тепла. Наиболее эффективными радиаторами охлаждения являются теплоотводы из толстого алюминия, прошедшие фрезерную обработку. Их эффективность заключается в том, что помимо охлаждения электронных компонентов, они еще являются боковыми элементами корпуса усилителя. Модуль управления мощными выходными ключами смонтирован на небольшой самостоятельной плате, которая в свою очередь вмонтирована в модуль выпрямителя.

Модернизация ИБП

Чтобы обеспечить более корректную и надежную работу конструкции, импульсный блок питания для УНЧ был несколько модернизирован. В частности во вторичных обмотках трансформатора были установлены шунты в виде подавляющей помехи RC-цепи. Также была увеличена емкость фильтрующих конденсаторов до 10000 мкФ х 50v и зашунтированны конденсаторами 3,3 мкф 63v. Которые имеют очень малые потери и высокое сопротивление изоляции. Защита на входе не была задействована, но в случае необходимости ее можно применить в качестве защиты от пикового тока. Для этого нужно подать сигнал на вход из цепи шунта либо от трансформатора по току.

Предупреждение

Особое внимание! Все силовые тракты данного блока питания, за исключением вторичных цепей, находятся по высоким потенциалом сетевого напряжения, представляющего опасность для жизни! В процессе налаживания конструкции необходимо соблюдать максимально возможную осторожность. Желательно при настроечных работах, устройство подключить к сети через разделительный трансформатор.

Перед тем как впервые запустить импульсный блок питания, предохранитель на 2А в цепи напряжения 320v устанавливать пока не нужно. Вначале нужно произвести отладку схемы управления, а уже потом на место предохранителя 2А устанавливается лампа накаливания 220v мощностью 60 Вт. Но наиболее эффективный способ, при котором гарантируется целостность транзисторов — это включить устройство через понижающий напряжение трансформатор. Только когда полностью будет выполнены наладочные работы, тогда предохранитель ставится на место. Теперь импульсный блок питания можно испытать с нагрузкой.

На снимке: модуль инвертора, выпрямителя и цепи фильтров

На снимке: модуль фильтра сетевого напряжения и выпрямителя

На снимке: компоновка силовых ключей и диодов

Трансформатор

Трансформатор Т1 намотан на трех кольцах диаметром 45 мм из феррита 2000НМ1. Первичная обмотка содержит 2×46 витков изолированного провода 0,75 мм2 (мотается сразу двумя проводами). Вторичная обмотка намотана косой из 16 проводов диаметром 0,8 мм. Она содержит шесть витков, после намотки она делится на две группы, начала одной группы соединяются с конном другой. Дроссели DB3 и DR2 намотаны на ферритовом стержне 8 мм и выполнены проводом D=1,2 мм.

Сейчас редко кто внедряет в самодельную конструкцию усилителя сетевой трансформатор, и правильно - импульсный бп более дешевый, легкий и компактный, а хорошо собранный почти не отдает помех в нагрузку (либо помехи сведены к минимуму).

Разумеется, не спорю, сетевой трансформатор гораздо, гораздо надежней, хотя и современные импульсники, напичканные всевозможными защитами тоже неплохо справляются со своей задачей.

IR2153 - я бы сказал уже легендарная микросхема, которая применяется радиолюбителями очень часто, и внедряется именно в сетевые импульсные источники питания. Микросхема из себя представляет простой полумостовой драйвер и в схемах иип работает в качестве генератора импульсов.

На основе данной микросхемы строятся блоки питания от нескольких десятков до нескольких сотен ватт и даже до 1500 ватт, разумеется с ростом мощности будет усложняться схема.

Тем не менее не вижу смысла делать иип высокой мощности с применением именно этой микросхемы, причина - невозможно организовать выходную стабилизацию или контроль, и не только Микросхема не является ШИМ контроллером, следовательно ни о каком ШИМ управлении не может идти и речи, а это очень плохо. Хорошие иип как право делают на двухтактных микросхемах ШИМ, к примеру ТЛ494 или ее сородичи и т.п, а блок на IR2153 в большей степени блок начинающего уровня.

Перейдем к самой конструкции импульсного источника питания. Все собрано по даташиту - типичный полумост, две емкости полумоста, которые постоянно находятся в цикле заряд/разряд. От емкости этих конденсаторов будет зависеть мощность схемы в целом (ну разумеется не только от них). Расчетная мощность именно этого варианта составляет 300 ватт, мне больше и не нужно, сам блок для запитки двух каналов унч. Емкость каждого из конденсаторов 330мкФ, напряжение 200 Вольт, в любом компьютерном блоке питания как раз стоят такие конденсаторы, по идее схематика комповых бп и нашего блока в чем то схоже, в обеих случаях топология - полумост.

На входе блока питания тоже все как положено - варистор для защиты от перенапряжений, предохранитель, сетевой фильтр ну и разумеется выпрямитель. Полноценный диодный мост, который можно и взять готовый, главное, чтобы мост или диоды имели обратное напряжение не менее 400 Вольт, в идеале 1000, и с током не менее 3Ампер. Разделительный конденсатор - пленка, 250 В а лучше 400, емкость 1мкФ, к стати - тоже можно найти в компьютерном блоке питания.

Трансформатор Рассчитан по программе, сердечник от компового бп, габаритные размеры увы указать не могу. В моем случае первичная обмотка 37 Витков проводом 0,8мм, вторичная 2 по 11 витков шиной из 4-х проводов 0.8мм. С таким раскладом выходное напряжение в районе 30-35 Вольт, разумеется, намоточные данные будут у всех разные, в зависимости от типа и габаритных размеров сердечника.

В этом разделе предложены некоторые варианты реализации ПП блоков питания для усилителей. Схему БП с разделением батареи конденсаторов резисторами сопротивлением в пределах 0.15-0.47 Ом было предложено Л.Зуевым:

Разводка платы БП УНЧ Владимиром Лепехиным в формате lay

Для УНЧ Натали были разведены платы под электролитические конденсаторы диаметр посадки d=30, 35 и 40 мм с выводами snap-in

Схема со стабилизированным питанием для УН-а и операционного усилителя на м/с M5230L

Для проекта усилитель ASR на MOSFET с токовой ОООС от Maxim_A (Андрей Константинович), В.Лепехин развел платы под маломощный БП для УН-а усилителя и мощный БП для выходного каскада.

плата БП маломощный top

плата БП маломощный bottom

плата БП УНЧ top

плата БП УНЧ bottom

Для в реализации двойное моно будут использованы БП на таких ПП:

БП УНЧ V2012ЭА

Этот БП используется для питания ВК (выходного каскада). На плате можно устанавливать электролиты с креплением Snap-in диаметром до 30 мм, предусмотрена посадка под диоды в корпусах ТО220-3 и ТО220-2, что расширяет номенклатуру применяемых диодов. Габариты ПП 66 х 88 мм.

Для питания УН-а при раздельном питании, будет использована такая плата БП:

БП УНЧ V2012ЭА

Габариты ПП 66 х 52 мм. Посадка диодов универсальная можно поставить выводные и в корпусе ТО220-2, посадка электролитов диаметром до 25 мм.