Импульсный источник питания мощностью 500 Вт для автомобильного усилителя
Описанное в статье устройство импульсного действия предназначено для питания усилителя мощности звуковой частоты от бортовой сети автомобиля. Источник питания стабилизирует постоянное выходное напряжение, а также обладает системой защиты от короткого замыкания и перегрузки по току нагрузки. Между входом источника питания и выходными цепями организована гальваническая развязка.
Двухтактный преобразователь напряжения выполнен по топологии push-pull. Управляет работой систем импульсного источника питания задающий генератор, собранный на специализированном контроллере TL494
Принципиальная схема вторичного импульсного источника питания изображена на рис. 1.
| Диапазон постоянного входного напряжения, В | 8... 18 |
| Стабилизированное выходное напряжение, В | -50 + 50 |
| Максимальная мощность нагрузки, Вт | 500 |
| Частота преобразования, кГц | 150 |
Назначение компонентов
Предохранитель FU1 служит для отключения импульсного источника питания от аккумулятора в случае отказа компонентов или если перепутана полярность напряжения питания. Если полярность напряжения питания устройства будет случайно попутана, то через диод VD1 потечет ток, инициализирующий срабатывание предохранителя FU1. Кроме того, диод VD1 односторонне ограничивает пульсацию напряжения на конденсаторах С6, С8...С13. Диоду VD1 не нужен охладитель.
Конденсатор С2 - помехоподавляющий.
Конденсатор С1 и резистор R1 задают частоту преобразования генератора.
Постоянный резистор R2 и конденсатор СЗ образуют пассивный RC-фильтр по цепи питания задающего генератора.
Электролитический конденсатор С6 сглаживает пульсации напряжения питания преобразователя, а керамические конденсаторы С8...С13 шунтируют его по высокой частоте.
Задающий генератор образован специализированной микросхемой DA1, включенной по типовой схеме, с цепями "обвязки". В связи с тем, что микросхема ША1 марки TL494 работает в двухтактном режиме, частота преобразования равна уменьшенной вдвое частоте внутреннего генератора, а последняя определяется номиналами частотозадающих элементов С1 и R1.
Постоянные резисторы R8 и R9 служат коллекторной нагрузкой биполярных транзисторов оконечного каскада микросхемы DA1.
Между оконечным каскадом микросхемы DA1 задающего генератора и переключательными транзисторами преобразователя был внедрен буферный каскад, реализованный на драйверной микросхеме DA2.
Цепь стабилизации постоянного выходного напряжения устройства включает компоненты С14, R10, R11 и U1.1. Подстроенный резистор R11, ограничивающий ток постоянный резистор R10 и фототранзистор опт-рона U1.1 образуют управляемый делитель напряжения. Конденсатор С14 повышает помехоустойчивость цепи стабилизации выходного напряжения.
Постоянные резисторы R12 и R13 предназначены для замедления переключения соответствующих МОП-транзисторов VT1 и VT2, а резисторы R14 и R15 разряжают емкости между затворами и истоками указанных транзисторов.
Транзисторы VT1 и VT2 являются переключательными компонентами. Было принято решение об установке всего двух мощных МОП-транзисторов, а не большего их количества, с целью минимизации входной емкости переключательных компонентов, которую необходимо перезаряжать. Быстро восстанавливающиеся диоды Шоттки VD2 и VD3, которые включены параллельно паразитным р-n переходам в МОП-транзисторах, нужны для уменьшения температуры нагрева транзисторов, а также снижения влияния паразитных р-n переходов на процесс их отпирания.
Демпфирующие RC-цепочки, выполненные на компонентах С15, R16 и С16, R17, снижают скорость изменения напряжения на первичной обмотке трансформатора TV1. Резисторы R16 и R17 должны быть безындукционными.
Импульсный трансформатор TV1 двухтактного преобразователя был выполнен на одном ферритовом, кольце R50 производства фирмы "Epcos" типоразмером R50x30x20 мм из феррита N87 с начальной магнитной проницаемостью 2200. Первичная обмотка трансформатора содержит 4 + 4 витка литцендрата ЛЭШО или ЛЭЛО, состоящего из 175 жил с диаметром каждой 0,10 мм. Первичную обмотку следует укладывать одновременно в два провода. Вторичные обмотки II и III должны быть по возможности идентичны. Каждая из обмоток II и III состоит из 20 витков литцендрата ЛЭШО или ЛЭЛО, образованного 84 жилами с диаметром каждой 0,10 мм. Провода всех трех обмоток необходимо как можно более равномерно уложить на маг-нитопровод. Между обмотками прокладывают слой изоляции из лакоткани, фторопластовой пленки или, в крайнем случае, тряпичной изоляционной ленты. Трансформатор прижимают к печатной плате шайбой из изоляционного материала, сквозь которую продевают латунный винт. Следует следить за тем, чтобы все жилки литцендратов были тщательно пропаяны.
К вторичным обмоткам импульсного трансформатора напряжения TV1 были подключены два мостовых выпрямителя,. реализованные на компонентах VD4...VD11. Использование мостовых двухполупериод-ных выпрямителей, а не однополупериодных, привело к большему тепловыделению в диодах VD4...VD11, однако предотвратило существенное подмагничивание сердечника трансформатора напряжения TV1 и его раз-балансировку. Подмагничивание могло бы привести к перекосу частной петли гистерезиса магнитопровода и к одностороннему насыщению ферритового сердечника, из-за которого преобразователь не смог бы исполнять возложенные на него функции, а также к срабатыванию системы защиты от перегрузки по току. Электролитические конденсаторы С18 и С19 сглаживают пульсации выходного напряжения источника питания, а керамические конденсаторы С20 и С21 их шунтируют, замыкая высокочастотные пульсации.
Цепь защиты от перегрузки по току включает компоненты С17, С22, R18...R20.TA1.VD12 и VD13. На вторичной обмотке трансформатора тока ТА1, на резисторе R19 возникают импульсы, пропорциональные силе тока в проводе первичной обмотки трансформатора ТА1. Конденсатор С22 ограничивает величину амплитуд импульсов. На диодах VD12 и VD13 организован двухполупериодный выпрямитель. С него выпрямленное напряжение поступает на делитель напряжения, собранный на резисторах R18 и R20. Конденсатор С17 совместно с подстроенным резистором R20 играют роль пассивного RC-фильтра выпрямленного напряжения.
Трансформатор тока ТА1 следует выполнить на одном ферритовом тороидальном магнитопроводе производства фирмы "Epcos" типоразмером ЕЗО/15/7 из ферритов марок N67 или N87. Первичная обмотка состоит из одного витка литцендрата ЛЭШО или ЛЭЛО, пропущенного через окно магнитопровода и состоящего из 175 изолированных жил с диаметром каждой 0,10 мм. Вторичная обмотка с отводом от середины состоит из 100 + 100 витков одножильного провода ПЭЛ, ПЭВ, ПЭВТЛ-2, ПЭТВ-2 или ПЭВ-2 диаметром 0,27 мм. Полуобмотки укладывают в два провода. Между первичной и вторичной обмотками надлежит проложить изоляцию, например, надев стеклотка-невую трубку на провод первичной обмотки.
Постоянный резистор R21, светодиод оптрона U1.2 и стабилитрон VD14 необходимы для отслеживания изменения величины выпрямленного выходного напряжения. Принцип действия системы, стабилизирующей напряжение на выходе импульсного источника питания, описан ниже. Если выходное напряжение импульсного источника питания возросло, по какой бы то ни было причине, то возникает более интенсивное излучение светодиода оптрона U1.2. Фототранзистор U1.1 приоткроется и сильнее шунтирует неинвертирующий вход IN1 микросхемы DA1. В результате этого возрастет скважность импульсов на выходе задающего генератора, а выпрямленное диодами VD4...VD11 постоянное напряжение уменьшится, вернувшись к исходному значению.
Цепь R22 и HL1 служит для индикации включенного состояния источника питания. Резистор R22 ограничивает силу тока, протекающего через светодиод HL1.
Марки компонентов и возможные замены
Подстроенные резисторы R1, R11 и R20 допустимо применить марок СПЗ-19а или 3329Н-1 фирмы "Bourns".
Микросхему DA1 марки TL494 можно поменять на контроллер отечественного производства марки КР1114ЕУ4.
Микросхему DA2 марки IR2113 буферного каскада допустимо поменять на приборы IR2113S, IR2110, HIP2500IP, IR2110S или HIP25001B.
МОП-транзисторы VT1 и VT2 необходимо монтировать на раздельные охладители HS144 (2,3 °С/Вт; 1,7 кг/м) или HS114 (1,9 °С/Вт; 3,3 кг/м). Данные МОП-транзисторы марки FB180SA10 допустимо заменить приборами IRFP2907.
Диод VD1 может быть любым, с максимальным постоянным током в прямом включении не менее 130 А, и максимальным обратным напряжением не менее 25 В.
Диоды Шоттки VD2 и VD3 марки SB10100 можно поменять на детали MBR10100, PBYR10100, PBYR10100B или SR15100.
Восемь диодов VD4... VD11 выходного выпрямителя импульсного напряжения следует закрепить через диэлектрические прокладки на одном точно таком же охладителе, какой был применен для рассеивания тепла от переключательных транзисторов. Диэлектрические прокладки могут быть из слюды или бериллиевой керамики. Диоды VD4...VD11 допустимо поменять на приборы 60EPU02, DSEI12-06A, FES16JT, HFA25TB60 или MUR1560.
Компоненты VD12 и VD13 марки SF12 можно поменять на диоды BYD1100, MUR120, MUBS110, SF11, SF14, 8Р21,8Р22илиР?т20.
Транзисторный оптрон U1 марки РС817 допустимо поменять на РС816, LTV816 или LTV817.
Стабилитрон VD14 марки 1N5377B можно поменять на компоненты BZW22C-91V или ZY91.
Светодиод HL1 синего или зеленого цвета свечения можно взять любого типа с максимально допустимым постоянным током в прямом включении не менее 12 мА.
Настройка и регулировка
Прежде всего, необходимо проверить монтаж источника питания. Включение импульсного источника питания производят при выведенных в средние положения движках подстроенных резисторов R1, R11 и R20. При возникновении каких-либо посторонних звуков аппарат необходимо выключить и искать неполадки. Постоянный ток, потребляемый источником питания без нагрузки, не должен превышать нескольких сотен миллиампер. В противном случае ищут ошибку в монтаже, проверяют отсутствие короткозамкнутых витков в трансформаторе TV1. Резистором R1 устанавливают частоту преобразования в 150 кГц, измеряя ее на обмотках трансформатора напряжения TV1. Только теперь к источнику питания подключают эквивалент нагрузки. Подстроенным резистором R11 выставляют начальную скважность импульсов, добиваясь получения постоянного выходного напряжения источника питания на уровне 50 + 50 В. Резистором R20 регулируют порог срабатывания защиты по току устройства. Ток срабатывания защиты должен составлять 85 А. Только после проведения всех регулировочных работ контролируют температуру нагрева компонентов, использованных в импульсном источнике питания, при подключении штатной нагрузки.
Параллельно каждому диоду VD4... VD11 выходного выпрямителя желательно включить по RC-цепи из керамического конденсатора емкостью 0,01 мкФ и постоянного безындукционного резистора сопротивлением 10 Ом, однако это приведет к усложнению аппарата.
Это просто кошмар! Даже по описанию конструкции очевидно, что автор не понимает толком что к чему.
1. Глупо использовать транзисторы в огромном корпусе и по сумасшедшей цене при их 6 мОм сопротивлении канала. Входная емкость транзистора 10нанофарад!!! Если поставить 3 транзистора IRFZ44, то получим в 2 раза ниже входную емкость (и заряд Миллера конечно), в 6 раз ниже цену (3-4уе, а не 20уе), тоже сопротивление канала, меньше занимаемой площади и т.д.
2. Диоды Шотки не нужны!
3. 2! Двухполупериодных выпрямителя увеличивают рассеиваемую мощность на диодах в 2 раза! Надо применять по 2 диода в каждом плече.
4. Транс тока на кольце E30! Там колечка 10мм хватит, никакого лицендрата для первички, просто кусок медной проволки диаметром 2 мм будет прекрасно работать. Переменная сосотавляющая тока не велика, сопротивление 20 мм проволки ничтожно!
5. ОЧЕНЬ не рекомендается применять Voltage mode для источников пуш-пул. Следует использовать только Current mode. Поэтому автор и имел дисбаланс и насыщение...
6. Зачем моатть лицендратом диаметром 0.1мм??? Генератор что, на частоте порядка мегагерца рабоаттет...Здесь проволкой в 0.4 - 0.5мм надо мотать.
7. Выходной дроссель конечно потерял...Ну как и 95% всех схем в инете...Это не ШИМ а ХЗ что...пиковый детектор, млин.
Ну и т.д.....Устал уже...скучно.
Очень хотелось бы узнать у автора результаты тестов на кроссрегулирование, регулирования вых. напряжений в зависимости от входного напр. и нагрузки, а также значение КПД на полной мощности....Хотя он наверное не знает, что это такое...Или ему просто стыдно об этом говорить...
Всем удачи, и не повторяйте это ни в коем случае!
статья конечно спорная , но писать такие вещи , как например
Цитата:
Цитата:
в отношении Жени Москатова даже я бы постеснялся)
прежде чем писать гадости лучше бы кликнул на его имени в конце статьи что бы познакомиться с его работами
ну или
Может кто нибудь скинет рабочую схемку с защитой мощностю хотя бы 400 W
А стабилитрон VD14 какой поставил?
Цитата:
Интересно, а как будет происходить стабилизация выходного напряжения? (Из чего следует первая цитата...)
PS. Кстати, вот здесь автор по моему напутал...
При превышении напряжения на выходе преобразователя на вход 1 TL494 должна поступать лог.1, а не 0
Попробуй подключись к вх. 2 (инв)
PS2. Eсли гальваническая развязка не обязательна, этот узел можно значительно упростить, подключив по схеме:
Общий вход и общий выход должны быть соедены вместе.
Я продолжаю настаивать на том, что на момент написания статьи автор не обладал достаточным количеством знаний для построения данного источника. "Ужас" заключается в том, что автор разместил это в интернете, а люди которые только начинают заниматься электроникой пытаются повторить безграмотную конструкцию.
А по поводу кросрегулирования и КПД, других вариантов быть не может...либо стыдно, либо не в курсе что это...
А по ссылочке которую Вы указали я ходил перед тем как написать отзыв.
Я написал правду о данном устройстве, а не как Вы выразились гадости. При этом обосновал, почему я не согласен с автором. Объяснил почему не стоит использовать такие транзисторы, 4 диода в выпрямителе, намотку трансформатора дорогостоящим лицендратом с сечением жилы 0.1мм и т.д.
Если Вы хотите доказать, что мои доводы не имеют силы с технической стороны, то я готов с Вами подискутирвать, показать, что я прав и опишу еще несколько безграмотных решений в данной конструкции.
Цитата:
Просто ваше сообщение выглядит тек, как будто главным является очернить автора, а не указать на конткретные недостатки схемы. Тем более вы зарегистрировались лишь для того, чтобы оставить это сообщение. Создается впечатление, что вашей целью было очернение автора.
Зарегился исключительно для того чтобы оставить комментарий, согласен. Автора очернять мне не интересно, а вот сделать так, чтобы такие преобразователи никто не собирал, очень хочется.
Если честно лень писать обо всех косяках в схеме, тем более, что вся схема один большой косяк и что никто не поинтересовался на что еще обратить внимание. Или где же взять грамотную схему. Но все таки напишу по драйверу
Итак IR2113S предназначен чтобы драйвить транзисторы моста или полумоста, питание верхнего транзистора до 600вольт. В даташите же все написано. Стоимость его в чипе-дипе составляет 120 рублей за штуку.
Для пуш-пул преобразователя такой драйвер применять..ну не знаю как сказать...Тоже самое что подметать не веником, а граблями например.
Тут можно поставить TPS2812 или любой другой аналогичный. Те же 2 ампера в пике. А стоимость в том же магазине 77 рублей. Почти 2 уе экономия.
Ну вот скажите, какой бы Вы сделали вывод об авторе после этого?
Давайте закончим дискуссию, на тему обидел-не обидел. Главная мысль моего первого поста: "Не надо пытаться собрать то, что приведено на схеме выше". Точка.
Так вот именно что от 110 сгорелсначала оптрон а потом баластный резистор а стаб я ставил 2 ватный на 91 вольт
ну насчет R11 если его ставить такого номинала как в схеме то запуск будет проходить при сопротивленнии почти 0 я же поменял его на 4.7кило и теперь запуск получается при 1 кило на єтом всё таки легче 1 кило поймать. Незнаю MIHAL Наверно прав насчет этой схемы. Вытаскиваю с панельки IRку произвожу запуск на 5 ноге ТЛьки нормальная пила подстроечником частота меняется, на 8,11 ноги IRки подходят красивые П-образные импульсы ,подключаю IRку ток покоя 9...10 А пила изуродована, импульсы тоже, правда при определонной частоте на затворах возможно установить одинаковые импульсы но фронты при открытии и закрывании скачут до 60...70Вольт ,от полевиков можно прикуривать, а потом ПШЫК. Вот както пробовал подключить другой транс от рабочего ИП результат тот же.
Там тоже в схемах есть ошибки.
А что в это время творится по питанию?
Цитата:
При настройке подавай питание на транс через мощную автомобильную лампу,так никогда полевики не спалишь.
Цитата:
Они всегда должны быть одинаковыми.
Подключи прямо к питанию,как это обычно делается в подобных преобразователях.
Цитата:
Это от большого тока перезаряда.У тебя батарея нормальная,напряжение до скольки вольт проседает?Питающие провода какого сечения?
Спасибо за совет, буду разбираться или подберу что-то другое.
Это самая грамотная схема преобразователя которую я нашел в нете, ее можно повторять, она будет работать. Но, не лучшая. Почему? Потому, что:
1. TL494 морально устаревший чип. Надежный, дешевый, зарекомендовавший себя, но устаревший. Его основные минусы: возможен только voltage mode, выходы с открытым коллектором и эмитором и током 200мА не годятся чтобы управлять транзисторами напрямую, нет встроеных возможностей для реализации функций защиты от перегрузки и короткого замыкания, софт старта, превышения и понижение входного напряжения и т.п. Приходится вешать кучу обвязки вокруг чипа.
2. Грамотный Пуш Пулл делается только в current mode!
3. Цепь обратной связи регулируется переменным резистором и выходное напряжение будет зависить от температуры так как будут менятся параметры оптрона. Хорошая ООС строится по классической схеме на TL431. Ради эксперимента погрейте оптрон паяльником во время работы преобразователя и следите за выходным напряжением.
4. Может я чего не понимаю...но считаю что защита от КЗ работать не будет. Точнее будет, но сработает либо при ХХ либо при минимальной нагрузке. Коэффициент трансфрмации TV1 равен 5-ти. Пиковый ток через транзистор при мощности, скажем, в 250 вт будет около 30-40 Ампер. Значит ток вторички в 5 раз меньше => 6-8А. По закону ома на резисторе R26 будет напряжение равное 6Ампер*47 000=282 000Вольт! Может я ошибся где-то...
Главным достоинством схемы является то, что здесь стоят выходные дроссели! Хочется верить что они настоящие, а не ферритовые палочки от радиоприемников. Скорее всего ШИМ будет прекрасно стабилизировать вых. напряжение. Почему дроссели потеряны в 99% остальных схем из интернета не ясно. Наверное потому что китайцы в дешевых автоуслилителях их не ставят, а именно от туда все схемы и срисованы.
Про хитрость намотки говорить не буду. Кто захочет, то разберется как его правильно мотать и рассчитать.
Смело собирайте схему, будет работать.
Расчет моточных и 99% того, что надо знать о работе импульсников написано в унитродовских семинарах.
А представить лучшую схему можеш ?
P.S. Не хватает времени лазить там по вегалабам, PCкарам и прочим сайтам, но хочется собрать достойный девайс!
Цитата:
стабилизатор 7815 целесообразнее включить в разрыв провода соединяющиего катоды VD4 и VD5,VD6,добавив по входу конденсатор.Для эффективной стабилизации выходного напряжения L2-L5,должны быть намотаны на одном сердечнике и не на кольце,а на Ш образном с магнитным зазором исключающим его намагничивание.Отсутствуют демпфирующие цепи по транзисторам.Цепь защиты по току можно видоизменить используя токовый шунт и контролировать на нём напряжение операционником.Но всё это усложняет схему,поэтому решайте сами,что использовать,простые китайские схемы преобразователей,работающие вполне нормально во многих усилителях,или городить огород.
И если уж смотришь осцилографом, дай нагрузку. без нагрузки будут короткие всплески для поддержания напряжения.
Без нагрузки скважность будет одинаковой, хоть ты напряжение и меняешь. Попробуй изменять нагрузку, и ты увидишь разницу. (Это с учетом, что у тебя правильно работает узел на выводе 1, а я уже писал выше, что Москатов там накосячил...)
Лучшая в схема в сети это схема на сайте интерлавка.
Когда-нибудь выложу свою.
Работаю на источником +/-30 вольт. 300Вт. Как закончу выложу схему и всю информацию кроме печатной платы в сеть.
ТТ следующие:
- КПД не менее 92% на полной мощности.
- Вход 10-16 Вольт.
- Защита от пониженного и повышенного вх, напряжения (автоматическое отключение).
- Защита от перегрузки и короткого замыкания (самовосстановление после снятия КЗ).
- Защита от перегрева (самовосстановление с гистерезисом 20 градусов).
- Кросс регулирование на хуже +/-1%.
- Стабилизация вых. напряжений от изменения напряжения на входе во всем диапазоне +/-1%.
- Стабилизация в зависимости от нагрузки во всем диапазоне +/-1%.
- Минимальная стоимость компонентов.
- Минимальный объем.
Спешить мне не куда, так что сроки не ставлю.
Ждемс !
Очевидно мой наивный вопрос затерялся в паутине. И так, какие мыслимые изменения внести, чтобы схема выдавала 500в со стабилизацией напряжения?
Заранее благодарен.