Двухполярный блок питания что это такое
Обновлено: 06.07.2024
Заявлены довольно высокие параметры, а стоимость готового модуля меньше стоимости входящих в него деталей. Прельщают малые размеры платы.
Я решил приобрести несколько штук и испытать их. Надеюсь, мой опыт будет полезен не слишком опытным радиолюбителям.
Содержание / Contents
Я купил на Aliexpress модули LM2596, как на фото выше. Хотя на сайте были показаны твердотельные конденсаторы на напряжение 50 В, конденсаторы обычные, а половина модулей с конденсаторами на напряжение 16 В.
↑ Это трудно назвать стабилизатором.
Можно подумать, что достаточно взять трансформатор, диодный мост, подключить к ним модуль, и перед нами стабилизатор с выходным напряжением 3…30 В и током до 2 А (кратковременно до 3 А).
Я так и сделал. Без нагрузки всё было хорошо. Трансформатор с двумя обмотками по 18 В и обещанным током до 1,5 А (провод на глаз был явно тонковат, так оно и оказалось).
Мне нужен был стабилизатор +-18 В и я выставил нужное напряжение.
При нагрузке 12 Ом ток 1,5 А, вот осциллограмма, 5 В /клетка по вертикали.
Это трудно назвать стабилизатором.
Причина проста и понятна: конденсатор на плате 200 мкФ, он служит только для нормальной работы DC-DC преобразователя. При подаче на вход напряжения от лабораторного блока питания, всё было нормально. Выход очевиден: надо питать стабилизатор от источника с малыми пульсациями, т. е. добавить после моста ёмкость.
↑ Борьба с пульсациями
Вот напряжение при нагрузке 1,5 А на входе модуля без дополнительного конденсатора.↑ Увеличенная ёмкость на входе
С дополнительным конденсатором 4700 мкФ на входе, пульсации на выходе резко уменьшились, но при 1,5 А были ещё заметны. При уменьшении выходного напряжения до 16 В, идеальная прямая линия (2 В /клетка).
Падение напряжения на модуле DC-DC должно быть минимум 2…2,5 В.
Теперь можно смотреть пульсации на выходе импульсного преобразователя.
Видны небольшие пульсации с частотой 100 Гц промодулированные частотой несколько десятков кГц.
↑ LC-фильтр на выходе
Datasheet на LM2596 рекомендует дополнительный LC фильтр на выходе. Так мы и сделаем. В качестве сердечника я использовал цилиндрический сердечник от неисправного БП компьютера и намотал обмотку в два слоя проводом 0,8 мм.
На плате красным цветом показано место для установки перемычки – общего провода двух каналов, стрелкой – место для припаивания общего провода, если не использовать клеммы.
Посмотрим, что стало с ВЧ-пульсациями.
Их больше нет. Остались небольшие пульсации с частотой 100 Гц.
Неидеально, но неплохо.
Замечу, что при увеличении выходного напряжения, дроссель в модуле начинает дребезжать и на выходе резко растёт ВЧ-помеха, стоит напряжение чуть уменьшить (всё это при нагрузке 12 Ом), помехи и шум полностью пропадают.
↑ Итоговая схема включения модулей LM2596
При длительной нагрузке током 1 А детали заметно нагреваются: диодный мост, микросхема, дроссель модуля, больше всего дроссель (дополнительные дроссели холодные). Нагрев на ощупь 50 градусов.
При работе от лабораторного блока питания, нагрев при токах 1,5 и 2 А терпимый в течение нескольких минут. Для длительной работы с большими токами желателен теплоотвод на микросхему и дроссель большего размера.
↑ Монтаж
Для монтажа модуля я применил самодельные «стойки» из луженого провода диаметром 1 мм.Это обеспечило удобный монтаж и охлаждение модулей. Стойки можно сильно нагревать при пайке, они не сместятся в отличие от простых штырей. Эта же конструкция удобна, если надо припаять к плате внешние провода – хорошая жесткость и контакт.
Плата позволяет легко заменить при необходимости модуль DC-DC.
Общий вид платы с дросселями от половинок какого-то ферритового сердечника (индуктивность не критична).
Несмотря на крошечные размеры модуля DC-DC, общие размеры платы получились соизмеримыми с платой аналогового стабилизатора.
↑ Выводы
1. Необходим трансформатор с сильноточной вторичной обмоткой или с запасом по напряжению, в этом случае ток нагрузки может превышать ток обмотки трансформатора.
2. При токах порядка 2 А и более желателен небольшой теплоотвод на диодный мост и микросхему 2596.
3. Конденсатор питания желателен большой ёмкости, это благоприятно сказывается на работе стабилизатора. Даже крупная и качественная ёмкость немного нагревается, следовательно желательно малое ESR.
4. Для подавления пульсаций с частотой преобразования, LC фильтр на выходе необходим.
5. Данный стабилизатор имеет явное преимущество перед обычным компенсационным в том, что может работать в широком диапазоне выходных напряжений, при малых напряжениях можно получить на выходе ток больше, чем может обеспечить трансформатор.
6. Модули позволяют сделать блок питания с неплохими параметрами просто и быстро, обойдя подводные камни изготовления плат для импульсных устройств, то есть хороши для начинающих радиолюбителей.
Часто употребляемый термин 2-полярный источник питания подразумевает по сути два источника напряжения U1 и U2, включенных последовательно, как показано на рисунке. Необходимость применения такого источника для питания различных устройств, как правило, объясняется тем, что данное устройство должно работать в 2-полярном диапазоне напряжений питания (от V- до V+) относительно общего провода V0, при этом токи потребления по цепям питания в общем случае не равны (I + ≠ I - ), и ток по общему проводу (V0) будет равен I + - I - .
По своей электрической эквивалентной схеме 2-полярный источник питания аналогичен дифференциальному выходу напряжения.
В практическом случае при образовании 2-полярного источника питания из 1-полярных следует учитывать, что не каждые блоки питания поддерживают последовательные соединения выходов, и не для каждых блоков питания будет корректно использовать любую его выходную цепь в качестве, возможно, заземлённой цепи общего провода. Эти особенности связаны не только с требованиями к изолированности выходов блоков питания, соединяемых последовательно, но и с требованиями изоляции выхода относительно его собственной цепи "корпус", а также к симметричному устройству цепей помехоподавляющих фильтров по отношению к обоим полюсам его выхода (ниже мы рассмотрели один из показательных примеров на эту тему). Естественно, применяя готовые 1-полярные блоки питания нужно, прежде всего, руководствоваться сведениями из их документации о возможности образования последовательного соединения их выходов при параллельном соединении их входов.
Применяя множественные схемы соединения выходов импульсных источников питания, следует также учитывать, вероятно, разные пороги и время включения - выключения этих устройств. Данная проблема, естественно, не существует при применении одного блока питания с многополярным выходом.
В технической литературе встречаются случаи 2-полярных источников напряжения, на которые накладываются эксплуатационные требования симметричности токов потребления I + и I - . Независимо от технических причин подобных требований это означает, что данные 2-полярные источники имеют некую иную эквивалентную электрическую схему по отношению к вышеприведённой, поскольку в схеме должен учитываться фактор взаимовлияния цепей тока I + и I - или взаимовлияния самих источников напряжения U1 и U2. И, безусловно, данное взаимовлияние делает подобные 2-полярные источники напряжения неполноценными. В то же время для истинных двуполярных источников напряжения симметричность тока потребления никогда не оговаривается, и каждый полюс этого источника может быть использован как независимый однополярный источник напряжения соответствующего знака относительно общего провода этих источников.
Качество технического решения блока питания измерительной системы.
Типично двуполярные схемы питания используются для питания аналоговых трактов, предусилителей, располагающихся как внутри корпуса измерительного устройства, так и вне его. В последнем случае это может быть, например, выносной датчик, получающий двуполярное питание от измерительного устройства, и задача выбора качественного технического решения двуполярного блока питания (БП) для подобной задачи нередко возлагается на инженера-интегратора измерительной системы. Ниже мы попытаемся изложить основные аспекты этой непростой задачи, поскольку при ближайшем рассмотрении её электрофизического смысла, мы непременно сталкиваемся с вопросами электросовместимости устройств.
Рассмотрим типичный пример проблемного включения пары блоков питания Mean Well серии DR-45 в двуполярную схему включения выходов.
Блок-схемы этих БП скопированы из документации производителя [1].
Двуполярную схему включения выходов этих БП нельзя назвать корректной (использована блок-схема Mean Well DR-45, дважды скопированная из документации производителя [1], синим цветом показаны соединения в двуполярную схему). В блок-схеме Mean Well DR-45 цепь –V связана конденсатором фильтра с цепью защитного заземления FG, а +V – управляемый выход БП, что требует использовать цепь –V только в роли цепи общего провода в системе. Но в двуполярной схеме для БП с выходом отрицательного напряжения (нижний по приведённой схеме) это требование не соблюдается. Это может привести к повышенному шуму в канале обратной связи этого БП из-за того, что на DETECTION CIRCUIT этого БП будут влиять не только ток нагрузки, но и ток I1. Токи I1, I2 (показаны красным) – это перераспределённые переменные токи, вызванные практически всегда присутствующим переменным напряжением скоростных помех между FG (цепью защитного заземления) и V0 (общим проводом цепи нагрузки).
Вторая проблема некорректности такой схемы заключается в том, то цепь V0 в измерительных системах, как правило, относится к цепи сигнального заземления, которая должна быть связана с цепью защитного заземления (FG) не более, чем в одной точке ([2]). Но путь тока I2 (через конденсатор фильтра), а затем через выходное сопротивление нижнего по схеме БП, образует второй путь связи FG и V0 по переменному току высокой частоты, что, несомненно, внесёт высокочастотные помехи в измерительную систему.
Третья проблема (использования такого решения для питания аналоговых трактов измерительных устройств) заключается в том, что аналоговые тракты (высокочувствительные усилители) типично требуют электромагнитной независимости от внешних цепей. Иначе говоря, практически любой инородный путь тока, помимо собственных токов питания и токов передачи сигнала аналогового тракта, в той или иной степени, будет оказывать негативное влияние на аналоговый тракт. Примером такого негативного влияния может стать путь импульсных токов через собственную ёмкость гальваноразвязки БП, в данном случае, путь тока относительно клеммы защитного заземления (FG) через ёмкости фильтров БП. Этот ток, не относящийся ни к току питания аналогового тракта, ни к току передачи сигнала, будет носить характер инородного высокочастотного (в данном случае 100 кГц – частота преобразования Mean Well DR-45) сквозного тока по цепи общего провода аналогового тракта, что явно усложнит задачу качественных измерений на фоне столь негативного фактора влияния.
О четвёртой проблеме таких БП говорит сам их производитель [1]:
По сути, это означает, что этот БП в принципе не является законченным устройством с требуемыми для измерительных систем гарантированно хорошими характеристиками электромагнитной совместимости ЭМС. Это означает, что эти БП предназначены для применения в качестве локальных узлов питания внутри конечного оборудования (и уж точно не для питания внешних датчиков!). Это также означает, что инженеру в конечном оборудовании ещё придётся предусмотреть, как минимум, внешние цепи конденсаторов вторичной цепи этого БП, а как максимум, усомниться в качестве внутреннего сетевого фильтра в первичной цепи этого БП (как важнейшем звене обеспечения хорошей ЭМС в конечном оборудовании с сетевым питанием) и отдельно исследовать этот вопрос (хотя бы путём разборки образца и визуальным осмотром его компонентов).
Пятая проблема использования такого технического решения – это некогерентность частот преобразования используемых БП. Это влечёт за собой глубокую нестационарность электромагнитной обстановки внутри оборудования с такими БП из-за влияния температурной нестабильности близких частот преобразования не синхронизированных БП. Эта нестационарность имеет опасность статистически редких совпадений фаз частот преобразования БП, при которых в редких случаях могут проявиться плохо диагностируемые проблемы (как метрологические, так и проблемы сбоев оборудования, особенно в случае большого количества не синхронизированных БП в системе), могут возникнуть проблемы с повторяемостью технических характеристик оборудования из-за индивидуального разброса частот преобразования используемых БП.
Надеемся, что на разобранном выше примере мы смогли показать инженеру-системному интегратору некоторые неочевидные проблемы применения импульсных БП для питания измерительных устройств. Учёт этих проблем на ранней стадии проектирования системы позволит инженеру более адекватно выстроить критерии выбора технического решения блока питания измерительной системы.
Двухполярный блок питания часто используется для питания операционных усилителей и выходных каскадов мощных усилителей низкой частоты (audio). Так же двухполярное напряжение используется в компьютерных блоках питания.
Схема двухполярного блока питания
На данном рисунке изображена простейшая схема двухполярного блока питания. Допустим, вторичная обмотка трансформатора выдаёт переменное напряжение 12.6 вольт. Конденсатор C1 заряжается положительным напряжением через диод VD1 во время положительного полупериода, а конденсатор C2 заряжается отрицательным напряжением через диод VD2 во время отрицательного полупериода. Каждый из конденсаторов будет заряжаться до напряжения 17.8 вольт (12.6 * 1.41). Полярности обоих конденсаторов противоположны относительно "земли" (общего вывода).
В данном блоке питания сохраняются проблемы однополупериодных выпрямителей. Т.е. ёмкость конденсаторов должна быть довольно приличной.
На следующем рисунке показана схема двухполярного блока питания, использующего диодный мост и удвоенную вторичную обмотку трансформатора с отводом от середины как общий вывод.
В данной схеме используется двухполупериодное выпрямление при котором можно использовать конденсаторы фильтра меньшей емкости при том же токе нагрузки. Но, чтобы получить то же напряжение, что и в предыдущей схеме, нам необходимо иметь обмотку на двойное напряжение, т.е. 12.6 х 2 = 25.2 вольта, с отводом от середины.
Стабилизированный двухполярный блок питания
Наибольшую ценность представляют стабилизированные двухполярные блоки питания. Именно они применяются в audio усилителях. Такие блоки состоят из двух стабилизированных блоков. Один из них стабилизирует положительное напряжение, а второй - отрицательное относительно общего вывода. Схема такого блока показана на следующем рисунке.
При использовании стабилизаторов 7805 и 7905 такой блок будет выдавать стабилизированное двухполярное напряжение ±5В.
Блок выпрямителя и фильтра для УНЧ (УМЗЧ) с двухполярным (биполярным) питанием — устройство нехитрое. Диодный мост и пара конденсаторов — только и делов-то!
Содержание
Деталей в нём — немного (хотя и крупных), и собрать его даже методом навесного монтажа вполне возможно своими собственными руками.
Но можно применить и готовое решение; особенно, если оно окажется вполне благопристойным с технической точки зрения. Такой вариант и будет рассмотрен далее.
(изображение со страницы производителя (AIYIMA)
Габариты блока — 131*79*55 мм, масса — 270 г.
Приобрести этот блок (и аналогичные ему с другими параметрами) можно на Алиэкспресс здесь или здесь, цена — около $19.
По ходу обзора будут сделаны и некоторые дополнительные изыскания.
Внешний вид и конструкция блока выпрямителя и фильтра для УНЧ с двухполярным питанием
Рассматриваемый блок предназначен для применения совместно с мощным сетевым трансформатором, вторичная обмотка которого имеет отвод от середины. Как вариант, возможно применение трансформатора с двумя одинаковыми вторичными обмотками, соединёнными последовательно.
Так выглядит блок выпрямителя и фильтра со стороны контактов для подачи входного переменного напряжения от трансформатора:
На переднем плане — клеммник с крупными винтами (4 мм) для подсоединения выводов вторичной обмотки трансформатора.
Справа и слева — по светодиоду на каждую полярность выходного напряжения.
Между клеммником и большими электролитическими конденсаторами расположены радиаторы со сборками диодов Шоттки типа STPS30150CW (прямой ток — до 30 А, обратное напряжение — до 150 В).
Две сборки видны на фото, а ещё две прикручены к обратной стороне радиаторов.
Эти сборки содержат по два диода в корпусе.
В схеме этого блока выпрямителя в каждой сборке диоды запараллелены, а всего используется 4 таких сборки, в результате чего и образуется классический диодный мост.
Параллельное включение диодов в сборках даёт тройной положительный эффект: увеличивает допустимый прямой ток, уменьшает нагрев и увеличивает КПД.
Теперь — вид с обратной стороны:
Здесь расположен клеммник для выходного выпрямленного напряжения. Клеммы для земли и каждой полярности запараллелены по 2 шт., что будет удобно для подключения нескольких потребителей.
Слева и справа от клеммника — плёночные конденсаторы 0.1 мкФ * 250 В, которые служат для подавления коротких импульсов и высокочастотных помех (с которыми электролиты справляются плохо).
Вид блока с боков:
На больших электролитах обозначен их номинал: 10000 мкФ * 63 В.
Учитывая обычные технические рекомендации не использовать радиоэлементы на предельно-допустимых значениях параметров, целесообразно не повышать напряжение на конденсаторах свыше примерно 50 В.
Текст на конденсаторах гласит также «For Audio» и «Japan».
Слова «For Audio» понятны без перевода; а насчёт того, что Япония имеет какое-то отношение к производству этих конденсаторов, я не совсем уверен. Но и полностью исключить такую возможность тоже не могу. :)
Между электролитами расположено по мощному резистору 10 кОм. Они предназначены для медленного разряда конденсаторов после отключения питания, чтобы остаточное напряжение не наделало каких-нибудь бед.
Далее — вид на блок сверху:
Здесь надо отметить, что, кроме крепёжных отверстий по углам, есть ещё одно отверстие в середине платы. Оно будет совсем не лишним, учитывая тяжеловесность конструкции.
И, наконец, вид снизу, т.е. со стороны печатных проводников:
Об этой печатной плате есть смысл поговорить поподробнее.
Начать надо с того, что печатные проводники сделаны грамотно — с максимальной шириной, какая возможна в пределах платы.
Но некоторые проводники покрыты непрозрачным чёрным лаком (так, что их почти не видно), а некоторые — оставлены «голыми» и облужены припоем (возможно, для уменьшения сопротивления).
Ещё надо заметить, что отверстий на плате под установку больших электролитов — много, и они разной формы, что делает возможной установку конденсаторов разного типа. Это может пригодиться тем потребителям, которые захотят купить плату без конденсаторов и установить какие-то другие конденсаторы (на другую ёмкость и/или напряжение). Ссылка на такой вариант будет в конце обзора.
И, наконец, надо поговорить о вреде чрезмерного усердия в контексте этой платы.
Дело в том, что на заводе-изготовителе зачем-то кусачками отрезали лишнюю, на их взгляд, длину выводов больших электролитов.
В результате выводы конденсаторов возвышаются над уровнем платы только примерно на 0.7 — 0.9 мм.
Я понимаю, что производитель хотел, «как лучше», т.е. чтобы выводы конденсоров не торчали с нижней стороны платы и не портили вид.
Но в результате оказалось, что гламура — прибавилось, а площадь контакта выводов с припоем — уменьшилась.
Каких-то критичных проблем из-за этого обнаружено не было, но и хвалить производителя за этот «гламур» тоже не буду.
Под конец этой главы посмотрим на фото нехитрого комплекта платы — четыре полиэтиленовых стойки и крепёж:
Испытания блока выпрямителя и фильтра для УНЧ (УМЗЧ) с двухполярным питанием с резистивной нагрузкой
Сразу скажу, что испытания проводились по сокращённой программе: выпаивать конденсаторы из платы и проверять их по отдельности не хотелось, уже очень красиво там всё смонтировано.
В связи с этим конденсаторы проверялись «как есть», то есть в параллельном соединении.
Для проверки использовался тестер радиодеталей LCR-TC1 (многофункциональный тестер).
Проверка «положительной» пары конденсаторов:
Ёмкость пары параллельных конденсаторов оказалась близкой к номиналу: прибор показал 20.66 миллифарад (20660 мкФ).
ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) прибор показал равным 0.08 Ом. Возможно, часть из этого сопротивления — «заслуга» соединительных проводов прибора (когда они просто замкнуты друг на друга, прибор показывает 0.05 Ом).
Параметр Vloss (потеря напряжения после отключения его источника от конденсатора) — не совсем официальный, но тестерами конденсаторов проверяется. В данном случае Vloss = 1.6%, это — неплохо для электролитических конденсаторов.
Теперь — проверка «отрицательной» пары конденсаторов:
Параметры получились похожими на предыдущую пару, разве что подросло значение Vloss до 2.3% (тоже приемлемо).
«Боевые» испытания проводились при использовании у меня в хозяйстве трансформатора со вторичной обмоткой с отводом от середины.
Основные параметры трансформатора — такие:
— напряжение холостого хода на вторичных обмотках 2*26.1 В (действующее значение);
— сопротивление первичной обмотки 15.1 Ом,
— сопротивление вторичных обмоток 0.51 Ом и 0.53 Ом (они оказались немного несимметричными по сопротивлению).
Номинальная выходная мощность трансформатора неизвестна; но, судя по его весу (1.1 кг), она должна быть весьма высокой (не менее 200 Вт).
Естественно, в реальных условиях у пользователя будет свой трансформатор, в связи с чем приведённые далее расчёты и осциллограммы можно рассматривать только лишь как пример.
Каждое плечо выхода фильтра (положительное и отрицательное) было соединено со средней точкой (землёй) через мощный резистор 10 Ом 100 Вт (2 шт., соответственно).
В итоге постоянное напряжение на каждом выходе ("+" и "-") составило 27.1 В; а выделяемая мощность на каждом резисторе — 73.4 Вт (итого — 147 Вт).
С учётом КПД усилителя класса AB, составляющего на синусоидальном сигнале до 70% в типовом случае (но может быть и больше), такой мощности хватило бы для питания 100-ваттного усилителя (2*50 Вт).
При использовании усилителя класса D его мощность могла бы составлять до 130-140 Вт (2* 65. 70 Вт).
Во всех этих расчётах я пренебрёг пульсациями напряжения на выходе, а можно ли так делать — разберёмся по осциллограммам.
Вот на осциллограммы с резисторами в качестве нагрузок теперь и посмотрим. Для снятия осциллограмм использовался цифровой осциллограф Fnirsi-1013D (он же ADS1013D, обзор).
Далее на картинке — осциллограмма выходного напряжения положительного плеча (под нагрузкой), вход осциллографа — открытый (DC), уровень нуля находится в самом низу экрана (помечен желтой стрелочкой с цифрой 1):
Теперь — посмотрим на пульсации отдельно, для чего вход переключим на закрытый (AC), а масштаб — увеличим:
Полный размах (пик-пик) пульсаций составил чуть менее 1 В, а амплитуда пульсаций — около 0.5 В.
И вот здесь приходим к тому, что максимальная выходная мощность усилителя, работающего от такого фильтра-выпрямителя, будет определяться не средним уровнем выпрямленного напряжения, а его величиной на точках минимума.
В данном случае потеря относительно среднего уровня составляет 0.5 В, т.е. менее 2% от его величины (27.1 В). В расчётах я этой величиной пренебрёг. Может, это и не совсем правильно, но и ошибка получается не очень большой.
По причине наличия пульсаций в выпрямленном напряжении повышение емкости конденсаторов в фильтре даёт сразу два полезных эффекта: и уменьшаются пульсации питания, и повышается выходная мощность, которую питаемый усилитель может отдать без искажений.
Теперь, просто для полноты технической картины — ещё несколько осциллограмм с резистивной нагрузкой.
Осциллограмма напряжения на входе фильтра-выпрямителя (одно из плеч):
На этой картинке всё соответствует классике: синус со срезанными вершинами, в течение которых и происходит дозарядка конденсаторов фильтра.
Но самое интересное началось дальше, когда я захотел посмотреть напряжение в этой же точке, но без подключения нагрузки:
Согласно теории, я должен был увидеть почти чистый синус, но здесь тоже оказались слегка срезанные вершины.
После этого я решил проверить, а как выглядит само напряжение в сети 220 Вольт? Может, и там не совсем синус?
Увы, так оно и оказалось:
Здесь тоже оказались срезанные вершины.
Наиболее вероятная причина — наличие в сети множества потребителей (устройств), не имеющих в блоках питания корректоров коэффициента мощности, которые приближают кривую потребления тока тоже к синусоиде.
Иными словами: множество устройств потребляет ток в режиме «срезания вершин», что приводит и к срезанным вершинам в электросети в целом. Такой вот побочный эффект исследования фильтра-выпрямителя. :)
Небольшие замечание к последней осциллограмме.
Первое: для её снятия был спаян дополнительный делитель напряжения на 10 (чтобы суммарно получилось деление на 100).
Второе: если кто захочет повторить этот эксперимент, то имейте в виду, что осциллограф должен быть гальванически развязан от фаз сетевого питания и от земли; а также помните о необходимости соблюдения электробезопасности!
Испытания блока выпрямителя и фильтра для УНЧ (УМЗЧ) с усилителем
Для проведения испытаний с реальным усилителем блок был соединён с одноканальным мостовым усилителем на основе микросхем TDA3886 (номинальная мощность 68 Вт каждой микросхемы), фото без внешней обвязки:
Сначала — традиционные испытания на синусе 1 кГц, нагрузка усилителя — 8 Ом.
На осциллограмме желтая линия — выход одного из плеч моста, синяя линия — напряжение питания (положительное).
На осциллограмме запечатлён момент, когда синусоида достигла максимума амплитуды без наступления искажений «отсечка» (клиппинг).
Выходная мощность составила 101.5 Вт.
Теперь посмотрим на поведение системы под реальным музыкальным сигналом:
На осциллограмме отчётливо видно проседание напряжения питания (синяя линия), когда в сигнале пошли мощные басы.
Тем не менее, надо отметить, что, благодаря очень высокой ёмкости конденсаторов проседание питания оказалось не мгновенным, а растянутым. То есть, запаса энергии в конденсаторах достаточно для того, чтобы выдержать даже очень мощный всплеск уровня сигнала. И чем больше будет ёмкость конденсаторов, тем более длительный «удар» сигнала они смогут выдержать.
Для наглядности — аналогичный фрагмент реального музыкального сигнала, но с увеличенным масштабом в канале напряжения питания до 5 В/дел. (синяя линия). В канале сигнала масштаб оставлен старый 10 В/дел. (желтая линия):
Положение нуля канала питания (синяя линия) отмечено стрелочкой с цифрой 2 в левом нижнем углу.
Вывод из испытаний с реальным музыкальным сигналом: увеличение ёмкости конденсаторов фильтра полезно не только для уменьшения пульсаций, но и для более качественного воспроизведения сигнала при пиковых нагрузках по мощности.
В общем, лишних конденсаторов в фильтрах питания не бывает!
Итоги и выводы
Протестированный фильтр-выпрямитель показал соответствие заявленным параметрам и хороший уровень комплектующих.
Кроме хороших ёмких конденсаторов, порадовали и мощные запараллелеленные диоды Шоттки в выпрямителе, к тому же установленные на радиатор. Это — очень культурное и технически грамотное решение!
Основная (а может, и единственная) область применения протестированного фильтра-выпрямителя — блоки питания для усилителей с двухполярным питанием.
Особенность таких усилителей — возможность прямого подключения усилителей к трансформаторному блоку питания с двухполярным выходом без стабилизаторов напряжения.
Схемы усилителей с двухполярным питанием — очень популярны в классе усилителей AB. Такие усилители могут быть как с выходными каскадами на транзисторах, так и на основе мощных однокристалльных микросхем. К последним можно отнести как добрые старые TDA2030 и TDA2050, так и более прогрессивные и мощные LM3886, TDA7293, TDA7294.
Усилители с двухполярным питанием могут быть и D-класса, что значительно повышает КПД (до 90% и выше). А это, в свою очередь, позволяет добиться большей мощности на выходе усилителя при той же мощности источника питания.
Правда, я пока знаю только одну микросхему усилителя мощности D-класса с двухполярным питанием, это — TDA8954 (TDA8954TH); в то время, как микросхем усилителей D-класса с однополярным питанием существует великое множество.
Купить этот фильтр-выпрямитель можно здесь или здесь, цена — около $19.
Теперь — немного о другом варианте построения фильтра-выпрямителя: на основе покупки платы без конденсаторов (с установкой конденсаторов по своему усмотрению).
Плату без конденсаторов можно купить, например, здесь (около $9) или здесь (под 6 более крупных конденсаторов, цена — около $10.5).
А выглядит эта плата (под 4 конденсатора) — так:
Что касается выбора конденсаторов для неё, то хорошо, если у пользователя они уже имеются.
Если же их ещё нет, то к их выбору надо подходить с осторожностью. Вот, например, отзыв одного из покупателей, вскрывшего один из приобретённых конденсаторов:
Читайте также: