Как стабилизировать блок питания
Обновлено: 06.07.2024
Стабилизированный двухполярный блок питания ±36 В для УМЗЧ класса AB.
Отчёт с опозданием 20 лет. Рассчитано на подготовленного читателя.
1. Исходная схема была опубликована в журнале “Радио” (1987, № 8, с. 31)
“Стабилизатор напряжения питания УМЗЧ”:
В 2000 году при сборке очередного усилителя эта схема была рекомендована мне сотрудником
со словами «должно работать». Бонусом мне были презентованы транзисторы КТ825 и КТ827 (по несколько штук тех и тех).
Изюминки схемы:
— мощные транзисторы «сидят» на радиаторах без изолирующих прокладок
— балластные резисторы R4 и R5 подключены перекрёстно к выходам стабилизаторов, т.о. получается бОлее высокий коэффициент стабилизации
— при включении стабилизатор «не подхватывает», если в каком-то плече есть к.з. или сопротивление нагрузки менее определённого значения
2. Известные реализации этой схемы.
Их немного (в интернете; реально конечно же больше).
Вот одна из них:
Со слов автора, схема «неустойчиво запускается при большом токе нагрузки, а ток при замыкании выхода не нормирован и зависит от коэффициентов передачи применённых транзисторов, что иногда приводит к их выходу из строя.
За прошедшее время появились новые электронные компоненты, стали доступны мощные полевые транзисторы, что и подвигло автора поэкспериментировать с компьютерной моделью предложенного В. Орешкиным устройства, которая была создана в симуляторе LTspice IV, и усовершенствовать его. Родившаяся в результате таких экспериментов схема блока питания изображена на рис. 2.» ©
Была ли эта схема проверена в живую или только в симуляторе — достоверно неизвестно.
3. ТЗ для БП.
Нагрузкой УМЗЧ тогда были доработанные S-90 (4 Ом).
Анализ чужих схем привёл к неутешительным выводам: всё ф. народ научился держать паяльник, но совсем не понимает, что делает.
Всего было доработано три пары АС S-90.
Схема — своя, просчитана в симуляторе EWB512; никогда и нигде не выкладывалась в открытый доступ.
Последняя пара АС тестировалась в прослушке на соответствующем оборудовании, что подтвердило правильность расчётов.
Хотелось иметь 2*100Вт на 4 Ом по каждому каналу.
Напряжение на нагрузке (RMS) U = sqrt(100*4) = 20 (В)
Ток нагрузки (RMS) I = 20 /4 = 5 (А)
Ток нагрузки (пиковый) = 5*1,41 = 7,1 (А)
Поскольку упор был на мощность и надёжность, были задуманы следующие характеристики (ака ТЗ):
— напряжение питания ±36 В
— ток нагрузки 2,5А (долговременный по каждой полярности)
— ток нагрузки 25А (кратковременный по каждой полярности)
4. Блок питания собирался (или строился, фз как правильно сказать) из подручных материалов и б/у радиодеталей.
Трансформаторы — польские UNITRA B-4247-147-4
По отрывочным сведениям из интернета, мощность трансформатора 80Вт.
Основная вторичная обмотка — 2*17В с отводом от середины плюс пара дополнительных обмоток «на хвостах» по 1В.
Т.е. можно использовать или 2*17В 2,5А или 2*18В 2,5А.
Слаботочная вторичка не проверялась.
Диодные мосты — по четыре диода Д232 на радиаторах.
Конденсаторы: KEA -II 66000мкФ*63В после каждого моста (2*33000мкФ).
Оригинальная схема не захотела нормально запускаться на транзисторах КТ825-КТ827: при первом же включении пробивался КТ827 (который npn).
Из-за чего именно 827-й не суть важно, но запас дарёных КТ827 быстро иссяк, и на столе стояла нерабочая схема, с которой надо было что-то делать.
Выбор мощных транзисторов был скудный: 2N3055 в неограниченном количестве и КТ837В, которые применялись в выпускаемых приборах (на работе).
Пришлось отказаться от составных КТ825-827 и собрать схему «из того, что было» ©.
Чтобы обеспечить пиковый ток 30А, пришлось запараллелить транзисторы:
— 4*КТ837В (т.е. 4*7,5=30А)
— 3*2N3055 (т.е. 3*10=30А)
Естественно, с соответствующими эмиттерными резисторами.
Окончательная схема (симулятор использован только как рисовалка):
Кстати, в симуляторе схема НЕ работает. )))
Перечень элементов:
— трансформатор UNITRA B-4247-147-4 — 2 шт.
— диоды выпрямительные Д232 — 8 шт.
— конденсаторы KEA-II 33000 мкФ * 63В — 4 шт.
— конденсаторы C5, C6 — 2000 мкФ * 63В — 2 шт.
— стабилитроны
VD1, VD3 — Д815Г — 2 шт.
VD2, VD4 — Д816Б — 2 шт.
— транзисторы
VT1 — 3 шт. в параллель 2N3055 с эмиттерными резисторами 0,1 Ом (можно увеличить до 0,2 Ом)
VT2 — 4 шт в параллель КТ837В с эмиттерными резисторами 0,13 Ом (можно увеличить до 0,27 Ом)
VT3 — 2SA1837 (изначально был установлен КТ816; замена VT3, VT4 — в 2005 году, остальное — без изменений)
VT4 — 2SC4793 (изначально был установлен КТ817)
R1, R2 — ПЭВ-7,5 270 Ом — 2 шт.
R5, R6 — МЛТ-2 2,2 кОм — 2 шт.
Защита схемы (не показано на схеме):
— пара предохранителей по 5 А (по одному на каждую полярность)
— 3 А (перед первичной обмоткой)
БП в сборе:
Размеры: 440*362*80 мм.
Масса 8,5 кг.
Верхняя крышка удерживается на 18 винтиках М3.
Открутил, снял крышку. БП внутри:
Друг-электронщик, посмотрев на всё это, выдал: «Или трансформаторы маленькие, или конденсаторы большие.» ))
2N3055 на правом радиаторе:
КТ837В на левом радиаторе:
5. Замеры.
Работа на резистивную нагрузку 14 Ом (по 2,5А от каждой полярности) интереса не представляет: всё работает.
Меня интересовала реакция БП на значительное увеличение тока потребления.
Условия эксперимента:
— нагрузка БП — УМЗЧ 2*100Вт с подключенными резисторами 4 Ом к выходу каждого канала
— испытательный сигнал — тональная посылка 200 мс 40 Гц от программного генератора (SpectraLab) на вход каждого канала УМЗЧ
Осциллограмма по выходу одного из каналов (делитель 1:10 )
±24 В амплитудное, более накрутить не получилось, т.к. все движки микшера уже на максимуме.
Далее задействовал двухканальный режим замера.
«Закрытый» вход 2-го канала для линии питания +36 В (делитель 2-го канала 1:1 ):
«Закрытый» вход 2-го канала для линии питания минус 36 В (делитель 2-го канала 1:1 ):
Просадка по линиям питания около 0,5 В (помехи, которые наловил осциллограф не в счёт; есть у него такой недостаток).
Считаем: delta I = (24В/4Ом) * 2 = 12 (А)
Выходное сопротивление БП:
Rвых. = delta Uвых. / delta I = 0,5В / 12А = 0,042 (Ом)
Имхо, очень неплохо.
6. Выводы:
— ТЗ выполнено
— надёжность проверена временем (20 лет, полёт нормальный)
— затраты на сборку — только личное время и минимум деталей
Всем удачных запусков усилителей!
PS
Пожалуйста, не надо постить баян в виде картинки «Ничего не понял, но очень интересно».
Читайте также: