Мощный преобразователь для автомобильного усилителя

Эта статья содержит описание схемы простейшего импульсного повышающего преобразователя для авто усилителей (например на TDA7294 или любой другой микросхеме с двухполярным питанием), без лишних расчетов или теорий только необходимый минимум. Это действительно самый простой способ на сегодня запустить усилитель достаточно высокой мощности в автомобиле, с бортовым питанием 12 В. Представленный инвертор может выдавать постоянную мощность около 100 Вт, а при небольшой доработке схемы ещё больше.

Схема и описание преобразователя

Схема была разделена на несколько частей для облегчения описания и понимания сути работы деталей.

Зеленая часть представляет собой генератор, использующий популярную микросхему TL494. Чтобы сделать структуру максимально простой, использовалась только часть м/с, а именно только генератор. Частота его работы определяется элементами R4 и C4. Для текущих значений (10 кОм и 1 нФ) она составляет около 30 кГц. Увеличив частоту также можно повысить эффективность, но для этого необходимо намотать трансформатор более тонкими проводами (из-за скин-эффекта).

Желтая часть — усилители тока. Они используются только для облегчения повторной загрузки затворных мощностей мосфетов, которые разгружают внутренние выходные транзисторы в TL494. Фактически, схема в текущей конфигурации будет работать и без них, потому что внутренние транзисторы TL494 в принципе могут управлять одним затвором без особых проблем, но в случае падения напряжения в источнике питания инвертор может работать нестабильно. Вот почему рекомендуется установить их. В этой роли практически любой транзистор может быть использован для создания комплементарной пары. Схема также хорошо работает например с парой BC547 / BC557 и т.п.

Оранжевая часть — это ключевые выходные элементы. Мосфет включается при получении импульса от предыдущего каскада. Преобразователь включает мосфеты попеременно с так называемым мертвым временем (когда оба выключены). Особое внимание следует уделить C8 (10 нФ) и R12 (4,7 Ом), потому что от них зависит безопасность транзисторов. Они используются для подавления перенапряжений, возникающих в индуктивности во время переходных процессов. Используйте конденсатор 10 нФ на минимальное напряжение 250 В и резистор 3,3 … 4,7 Ома с минимальной мощностью 0,5 Вт.

Для преобразователя могут быть выбраны разные типы мосфетов, в значительной степени от них зависит, какой мощности и эффективности удастся достичь. Важно выбирать с низким сопротивлением и большим рабочим током. Тут использовались IRF3205, но одинаково хорошо заработают IRFZ44n, BUZ11 или IRFP064n для немного большей мощности.

Красная часть — трансформатор с выпрямителем. Про трансформатор и его перемотатку будет чуть ниже. Сейчас остановимся на схеме выпрямления и фильтрации. Это классический симметричный источник питания, в котором используются ультрабыстрые выпрямительные диоды или диоды Шоттки. В данном случае использовался диод MBR10100CT. Ещё нужен выходной дроссель и конденсаторы фильтра. Для одной микросхемы TDA7294 просто используйте 2200 мкФ + 100 нФ на каждое плечо. Ставьте нормальный электролитический конденсатор, нет необходимости использовать конденсаторы с низким ЭПР.

Добавить ссылку на обсуждение статьи на форуме

РадиоКот >Схемы >Питание >Преобразователи и UPS >

Мощный преобразователь напряжения для автомобильного усилителя.

Автор: qwert390 Опубликовано 16.09.2010

Преобразователь напряжения (ПН) является неотъемлемой частью мощного автомобильного усилителя. Схем в интернете очень много. Встречаются преобразователи не стабилизированные и со стабилизацией выходного напряжения. Здесь речь пойдёт про ПНы со стабилизацией. Основа схемы- ставшая уже «народной» микросхема TL494. Если вникнуть в работу самой TL494, то не составит особого труда понять и принцип самого ПНа (любого, собранного на этой МС). Поэтому не лишне почитать:

Общее описание TL494 Специально созданные для построение ИВП, микросхемы TL494 обеспечивают разработчику расширенные возможности при конструировании схем управления ИВП. Приборы TL494 включают в себя усилитель ошибки, встроенный регулируемый генератор, компаратор регулировки мертвого времени, триггер управления, прецизионный ИОН на 5В и схему управления выходным каскадом. Усилитель ошибки выдает синфазное напряжение в диапазоне от -0,3+(Vcc-2) В. Компаратор регулировки мертвого времени имеет постоянное смещение, которое ограничивает минимальную длительность мертвого времени величиной порядка 5%. Допускается синхронизация вcтроенного генератора, при помощи подключения вывода R к выходу опорного напряжения и подачи входного пилообразного напряжения на вывод С, что используется при синхронной работе нескольких схем ИВП. Независимые выходные формирователи на транзисторах обеспечивают возможность работы выходного каскада по схеме с общим эмиттером либо по схеме эмиттерного повторителя. Выходной каскад микросхем TL494 работает в однотактном или двухтактном режиме с возможностью выбора режима с помощью специального входа. Встроенная схема контролирует каждый выход и запрещает выдачу сдвоенного импульса в двухтактном режиме. Приборы, имеющие суффикс L, гарантируют нормальную работу в диапазоне температур —5+85С, с суффиксом С гарантируют нормальную работу в диапазоне температур 0+70С.

Функциональное описание: Микросхема TL494 представляет из себя ШИМ-контролер импульсного источника питания, работающий на фиксированной частоте, и включает в себя все необходимые для этого блоки. Встроенный генератор пилообразного напряжения требует для установке частоты только двух внешних компонентов R и С. Частота генератора определяется по формуле: F=1/(RC), где R- резистор на выв. 6 МС; С- конденсатор на выв. 5 МС. Модуляция ширины выходных импульсов достигается сравнением положительного пилообразного напряжения, получаемого на конденсаторе С, с двумя управляющими сигналами (см временную диаграмму). Логический элементы ИЛИ-НЕ возбуждает выходные транзисторы Q1 и Q2 только тогда, когда линия тактирования встроенного триггера находится в НИЗКОМ логическом состоянии. Это происходит только в течение того времени, когда амплитуда пилообразного напряжения выше амплитуды управляющих сигналов. Следовательно повышение амплитуды управляющих сигналов вызывает соответствующее линейное уменьшение ширины выходных импульсов. Под управляющими сигналами понимаются напряжения производимые схемой регулировки мёртвого времени (вывод 4), усилители ошибки (выводы 1, 2, 15, 16) и цепью обратной связи (вывод 3). Вход компаратора регулировки мертвого времени имеет смещение 120мВ, что ограничивает минимальное мертвое время на выходе первыми 4% длительности цикла пилообразно напряжения. Врезультате максимальная длительность рабочего цикла составляет 96% в том случае, если вывод 13 заземлен, и 48% в том случае, если на вывод 13 подано опорное напряжение. Увеличить длительность мертвого времени на выходе, можно подавая на вход регулировки мертвого времени (вывод 4) постоянное напряжение в диапазоне 0..3,3В. ШИМ-компаратор регулирует ширину выходных импульсов от максимального значения, определяемого входом регулировки мертвого времени, до нуля, когда напряжение обратной связи изменяется от 0,5 до 3,5В. Оба усилителя ошибки имеют входной диапазон синфазного сигнала от -0,3 до (Vcc-2,0)В и могут использоваться для считывания значений напряжения или тока с выхода источника питания. Выходы усилителей ошибки имеют активный ВЫСОКИЙ уровень напряжения и обьеденины функцией ИЛИ не неинвертирующем входе ШИМ-компаратора. В такой конфигурации усилитель, требующий минимального времени для включения выхода, является доминирующим в петле управления. Во время разряда конденсатора С на выходе компаратора регулировки мертвого времени генерируется положительный импульс, который тактирует триггер и блокирует выходные транзисторы Q1 и Q2. Если на вход выбора режима работы подается опорное напряжение (вывод 13), триггер непосредственно управляет двумя выходными транзисторами в противофазе (двухтактный режим), а выходная частота равна половине частоты генератора. Выходной формирователь может также работать в однотактном режиме, когда оба транзистора открываются и закрываются одновременно, и когда требуется максимальный рабочий цикл не превышающий 50%. Это желательно, когда трансформатор имеет звенящую обмотку с ограничительным диодом, используемым для подавления переходных процессов. Если в однотактном режиме требуются большие токи, выходные транзисторы могут работать параллельно. Для этого требуется замкнуть на землю вход выбора режима работы ОТС, что блокирует выходной сигнал от триггера. Выходная частота в этом случае будет равна частоте генератора. Не много заострим внимание на стабилизацию ПНа: Транзисторный оптрон U1 обеспечивает гальваническую развязку в цепи отрицательной обратной связи по напряжению. Он относится к цепи стабилизации выходного напряжения. Так- же за стабилизацию отвечают стабилизаторы параллельного типа DD1 и DD2 (TL431 или наш аналог КР142ЕН19А). Падение напряжения на резисторе R4 приблизительно равно 2,5 вольт. Сопротивление этого резистора рассчитывают, задавшись током через резистивный делитель R3R4. Сопротивление резистора R3 вычисляют по формуле: R3=(Uвых-2,5)/I» где Uвых- выходное напряжение ПНа; I»- ток через резистивный делитель R3R4. Нагрузкой DD2 являются параллельно соединённые балластный резистор R5 и излучающий диод (выв. 1,2 оптрона U1) с токоограничивающим резистором R6. Балластный резистор создаёт минимальную нагрузку, необходимую для нормального функционирования микросхемы. Важно. Нужно учитывать то, что рабочее напряжение TL431 не должно превышать 36 вольт (см. даташит на TL431). Если планируется изготавливать ПН с Uвых.>35 вольт, то схему стабилизации нужно будет не много изменить с соответствующим подбором некоторых деталей, о чём будет сказано ниже. Микросхема DD1 стабилизирует напряжение 8 вольт для питания делителя, состоящего из фототранзисторного оптрона U1.1 и резистора R7. Напряжение от средней точки делителя поступает на неинвертирующий вход первого усилителя сигнала ошибки ШИ- контроллера TL494. Так- же от резистора R7 зависит выходное напряжение ПНа- чем меньше сопротивление, тем меньше выходное напряжение. Налаживание. Если монтаж выполнен без ошибок и использованы исправные детали, то налаживание сводится к установке восьми вольт на выводе 3 DD1 и требуемого выходного напряжения. 1. Прежде всего нужно выставить 8 вольт на выводе 3 DD1 с помощью подбора резистора R1. 2. Установить 35 вольт на выходе ПНа. Это делается резистором R3. Но как я писал выше, на выходное напряжение так- же влияет номинал резистора R7. Для тех, кому не достаточно подробно описаны этапы настройки, читайте далее. Вместо оптрона U1 впаяйте обычный светодиод (анодом к выводу 1, катодом — к выводу 2). В разрыв цепи R6 — вывод 1 оптрона включите миллиамперметр на 15+30 мА (это может быть любой тестер). В разрыв резистора R3 поставить переменный резистор на 2,2 кОм. К выходу +35 вольт Пна подключите в соответствующей полярности источник питания с выходным напряжением +35 вольт, при этом нагрузку можно не подключать. Резистор R6 предварительно подбирают так, чтобы при минимальном номинале добавочного переменного резистора (сопротивление =0) контролируемый ток не превышал 10+ 12 мА. Если ток существенно выше (при этом светодиод может выйти из строя, но он всё же дешевле оптрона) и подбором добавочного переменного резистора не регулируется, заменяют микросхему DD2. Затем вместо светодиода установите оптрон и снова проверьте возможность регулирования входного тока. Если ток отсутствует — замените оптрон. Транзисторы КТ639 и КТ961 можно заменить на BD139/140 и им подобны, согласно проводимость. IRFZ44N можно заменить на IRF3205, при такой замене будет достаточно одной пары, при использовании 2ух пар, мощность ПНа можно увеличить до 600-800Вт, но в таком случае необходимо и желательно устанавливать дополнительный трансформатор.

По этой схеме был изготовлен ПН, который размещён на одной плате с 2-х канальным усилителем «ВП». Фото 1.

Если требуется ПН с выходным напряжением больше, чем +-35 вольт, то узел стабилизации нужно будет изменить, как на рисунке 2

Приведу ещё одну схему (рисунок 3), в которой узел управления выполнен на транзисторах (без реле). Так же привожу схему (рисунок 4), которая проще первой, но имеет замечательные параметры.

По этой схеме был собран ПН. Фото 2, 3. На одной плате 2 ПНа.

Вопросы, как обычно, складываем тут.

Предохранители инвертора

Схему контроля выходного тока будет лучше заменить на так называемый электронный предохранитель, который в случае короткого замыкания будет отключать преобразователи (потребуется перезапуск). Схема управления током в инверторе с питанием, сделанным для конкретной системы (в данном случае стерео TDA7294 для громкоговорителя 8 Ом), может отключить преобразователь только во время басов, когда усилитель потребляет больше энергии.

Модуль управления имеет предохранитель в виде резистора R11. Используем стандартный 4.7R 0.25W резистор — в случае короткого замыкания в TL494 или усилителях тока, резистор немедленно перегорает. Силовая часть защищена предохранителем на 10 А. В вышеуказанной схеме короткое замыкание на выходе вызывает его немедленное сгорание.

Сборка преобразователя питания

Можно вытравить полноценную печатную плату, а можно использовать универсальную макетку. Важно, чтобы пути тока были максимально короткими и толстыми.

Полезное: Мягкий старт для ламп — софт старт на 220 В

Сначала собираем зеленую, желтую и оранжевую части. При этом схема питается через маленькую лампочку (например, 10 Вт) или установите ограничение тока 200 мА на блоке питания. Подключите один щуп осциллографа к источнику питания плюс, а другой — к усилителям УТ. Должны увидеть прямоугольную осциллограмму с амплитудой около напряжения питания. Форма волны должна быть очень похожей на фото.

Если сигнал не отображается, проверьте правильность сборки и работоспособность зеленой и желтой секций ИБП.

Затем подключаем осциллограф параллельно мосфетам и наблюдаем форму сигнала там. Это должен быть прямоугольник с амплитудой, аналогичной напряжению питания. Если он не просматривается, это означает, что установили поврежденный mosfet (или неправильно впаяли его).

Если все в порядке, можем начать наматывать трансформатор.

Намотка трансформатора

Трансформатор — самый важный элемент и самый сложный. Во-первых, нужно достать ферритовый сердечник. Можно добыть его из блока питания ATX или другого импульсного преобразователя. Крайне важно, чтобы это был сердечник без зазора, иначе инерционный ток преобразователя будет выше, а КПД будет значительно ниже. В худшем случае может вообще не работать. Чтобы разобрать такой трансформатор, нагрейте его в кипящей воде, потому что тогда смола размягчится. Затем, используя тряпку, разломите горячий трансформатор. Важно не повредить сердечник. Затем снимаем заводские обмотки и наматываем новые в соответствии с инструкциями далее.

Начнем с первичной обмотки. В ней две обмотки должны быть намотаны по 3 витка одновременно, где начало второй является концом первой. Обе обмотки намотаны в одном и том же направлении. Из-за того что инвертор работает на высокой частоте, возникает скин-эффект. Поэтому не стоит намотать трансформатор одним толстым проводом, как в случае классических трансформаторов. Для данного инвертора намотаем 4 провода по 0,3 мм. Обмотка должна выглядеть примерно так:

Теперь изолируйте первичку от вторички. Например слоями скотча. Пришло время намотать вторичную обмотку. Намотайте две обмотки по 7 витков. Трансформатор готов.

Вместо основного предохранителя вставляем лампу значительной мощности (предпочтительно 50 Вт, чтобы при малом токе она не вызывала значительного падения напряжения). Измеряем ток, потребляемый преобразователем, должно составлять 100-250 мА. Форма сигнала на осциллографе должна быть прямоугольной с требуемой амплитудой.

Инвертор практически закончен. Осталось смонтировать схему выпрямителя со сверхбыстрыми диодами или диодами Шоттки. Далее устанавливаем дроссель и фильтрующие конденсаторы.

Выходной дроссель в этом инверторе будет необходим. С натяжкой он может работать и без него, но его эффективность станет меньше и может быть слышен писк под нагрузкой. Дроссель наматывается на порошковое кольцо. Вы можете также выпаять его от источника питания ATX. Обмотка двойная по 17 витков (значение выбрано методом проб и ошибок).

Выходное напряжение инвертора должно быть примерно +/- 36 В. Это оптимальное значение для микросхем TDA7294.

Инвертор должен быть нагружен для испытаний электронной нагрузкой или мощным резистором с сопротивлением 50 Ом. Резистор будет выдавать около 100 Вт мощности в виде тепла. Выходное напряжение преобразователя под этой нагрузкой не должно падать ниже 32 В. Наиболее теплым элементом должны быть выпрямительные диоды. Трансформатор должен слегка нагреваться, как и мосфеты. Тест 100 Вт должен занять 10 минут.

Автомобильный аудиоусилитель с инвертором напряжения и отключаемым ФВЧ

Аудиосистема должна быть в любой машине. Пусть это будут два простеньких предустановленных динамика, идущих в стандартной комплектации автомобиля, или солидная 4-х или даже 6-ти канальная система. Все зависит от степени любви к музыке, способности отличить качественный звук от дешевого и наличия либо отсутствия снобизма у конкретно взятого автовладельца. Последнее, вкупе с полным отсутствием музыкального слуха и вкуса, приводит к удручающим последствиям, когда плохо настроенная (или ненастроенная вообще) система выдает настолько искаженный звук, что хочется заткнуть уши. Конечно, не каждому дано быть профессионалом, но стремиться к более-менее правильной настройке аудиоусилителя нужно.

Как известно, практически любая автомагнитола имеет встроенный усилитель, и способна выдать около 15 Вт звука на канал. Но часто случается так, что хочется больше, громче. Тогда надо задуматься о внешнем усилителе. Его можно купить в магазине, а можно собрать самому. Вот об этом и поговорим.

Экономически целесообразно за основу будущего усилителя взять недорогую, но качественную микросхему под кодовым названием TDA7294 от SGS-THOMSON MICROELECTRONICS. Данная микросхема снабжена защитой от короткого замыкания в нагрузке и защитой от перегрева, а выходная мощность составляет 100 Вт (при 4 Ом на нагрузке) со степенью нелинейных искажений 0.05%, что позволяет смело отнести усилитель на базе этой микросхемы к классу Hi-Fi.

Преобразовать напряжения

TDA7294 питается от двухполярного напряжения, потому БП тоже должен быть двухполярным. Также потребуется преобразователь напряжения.

Схема подкупает своей простотой: в ней нет системы стабилизации, генератор собран на микросхеме TL494 с частотой примерно 60 кГц, в каждом плече применены силовые ключи IRFZ44. После продолжительного прогона они немного потеплели. Радиатор охлаждения рекомендуется ставить так, как показано на фото:

Наиболее сложной частью является трансформатор. В данном случае (см. фото) это одно кольцо размерами 42Ч28х12. Первичная обмотка состоит из 10 жил диаметром 0,8 мм, и таких обмоток две, по пять витков в пять жил каждая. Далее идет слой изоляции ( можно применить тряпичную изоленту). Поверх мотается вторичная обмотка, содержащая 10 витков в три жилы каждая, сечение жилы то же, что и в первичной обмотке. И снова слой изоляции.

Усилитель мощности MF-1 на TDA7294

Предварительный усилитель и фильтр высоких частот

Блок собран на довольно дешевой и популярной микросхеме NE5532. ФВЧ подстраивается потенциометром, так что имеется возможность согласовать акустику с сабвуфером по частоте среза. Предусмотрена функция отключения фильтра. Таким образом, усилитель можно использовать на широкополосных динамиках, т.е. без сабвуфера.

Защита акустической системы

На фото три модуля защиты, пусть это вас не пугает, в усилителе требуется только один. Принципиальная схема проста и надежна (см. рисунок).

Корпус

Нередко препятствием на завершающем этапе сборки усилителя становится корпус: материал, форма, габариты. Проще и практичнее всего использовать алюминиевую пластину – материал хорошо поддается формовке и обработке. Но если в наличии нет, то подойдет ДСП: дно из плиты толщиной 10 мм, окрашено краской из баллончика, боковинки тоже из ДСП 16 мм, обтянуты карпетом, торцы как ни крути, алюминиевые 3 мм, верхняя крышка из органического стекла 3 мм, окрашена с обратной стороны идентичным образом.

Фото –процесс сборки корпуса:

В верхнюю крышку вмонтированы осевые вентиляторы (какие ставятся на материнскую плату вашего ПК для охлаждения ЦП), два нагнетающих, два выдувающих. Снаружи все они закрыты стандартными решетками — эстетично и практично. Схему управления вентиляторами можно не подключать — в автомобиле их все равно не слышно.

Заключение

Как видите, очень даже приличный усилитель звука получился, почти как заводской. С качеством выдаваемого звука тоже все в порядке: без ложной скромности можно утверждать, что данный усилитель легко «заткнет за пояс» среднеценовой китайский аналог заводской сборки.

Если Вы давно вынашиваете план по созданию нечто подобного в машину — смело повторяйте!

P.S. При разводке акустических проводников следует не забывать об особенностях усилителей с обратной связью по току, типа MF-1 – у них оба провода «горячие», ни один на «массу» замыкать нельзя!

Файлы: Archive

Etxt

Рекомендуем:

Нужен ли стабилизатор напряжения

Стабилизация выходного напряжения на БП усилителя звука — плохая идея. Усилитель имеет очень нелинейное энергопотребление, кроме того, когда проходит бас, он может потреблять много энергии (в импульсе). Обратная связь для управления выходным напряжением может мешать реакции на повышенное энергопотребление.

Для тестирования блок питался от адаптера 12 В 60 A. Кроме того, предохранители желательно установить на линиях +36 В и -36 В. Плата имеет размеры, подходящие для установки в корпуса автомобильного радио, и все элементы можно легко охладить одним вентилятором при необходимости.

Высокое напряжение и не только

Условия — компактный, мощный, с высоким КПД и самое главное — дешевый преобразователь 220 Вольт, позже подробно рассмотрим это заманчивое предложение от Гугла.

Но данная статья не имеет никакого отношения к конкурсу от Гугл, хотя в ней я рассмотрю конструкцию инвертора 12 в двухполярное 30, для запитки автомобильного усилителя на таких микросхемах, как TDA7293/94.

Идея на создания нано преобразователя появилась после просмотра одного ролика

ролик от многоуважаемого коллеги и хорошего друга. Вообще идея была давно и заключалась в том, чтобы создать самый маленький по своим размерам преобразователь и вот наконец появилось время. Сам инвертор малозатратный, обошелся в районе 400-500 руб.

Размеры чуть больше коробка от спичек. Параметры разработанного инвертора получились такие Входное напряжение…….постоянное, 9-18Вольт (кратковременно до 22-х Вольт) Входное напряжение……. +/-32Вольт Тип инвертора….двухтактный Топология …..пуш-пулл. Выходное напряжение…..постоянное, +/-30 вольт (без нагрузки до 38 Вольт) Мощность на выходе….. минимальная 100ватт, номинальная 140ватт, максимальная — 180 ватт, пиковая 220 ватт Программная мощность — 180 Частота встроенного генератора — 150кГц Вес….. не более 55гр (чистый вес инвертора, без учета теплоотводов) Размеры печатной платы…..60X35 (мм0

Данные намотки приводить не буду, все ровно вам придется делать свой расчет. В качестве задающего генератора я задействовал любимый драйвер IR2153, она довольно мощна и без проблем может управлять такими ключами, как IRFZ44.

С такими ключами можно снять до 300 ватт выходной мощности, но в моем случае мощность ограничена габаритными размерами сердечника. На счет самого сердечника — EPCOS N87, размеры — 22,1/13,7/12,5, габаритная мощность около 200 ватт, но! при частотах 150кГц мощность в районе 340 ватт, инвертор вполне может отдавать эту мощность, но мощность за пределами нормы, поэтому принять ее как долговременную, мы не будем, хотя при подключении усилителей, когда кратковременно нужна высокая мощность, то наш инвертор может ее отдать.

На входе все как положено — дроссель, пара электролитов на 25 Вольт 1000мкФ до и после дросселя. Сам дроссель взят готовый, из компового БП, состоит из 7 витков провода 1,2мм.

Дальше уже схема генератора, силовая часть и выход. Плату рисовал маникюром, никакого метода ЛУТ, с ЛУТ-ом все было бы гораздо аккуратней, но инвертор собрал за один вечер, а лазерного принтера к сожалению нет….

В качестве выходного выпрямителя ставил мост из 4-х ультрабыстрых диодов типа UF5408, конденсаторы 100мкФ 63Вольт — этого вполне хватит. поскольку на самой плате усилителей будут дополнительные конденсаторы более высокой емкости…

На этом думаю все, реальный тест уже представлен в ролике, желаю приятного просмотра — АКА КАСЬЯН.

Обсудить на Форуме