Пятница, 26.04.2024, 00:34
Приветствую Вас Гость

Радиоклон

Схемы

Главная » Статьи » Схемы разных устройств » Аудио

Мощный УНЧ с выходной мощностью до 900 Вт.

Схема 100% рабочая!!!

Как-то раз от нечего делать шастал по просторам интернета в поисках какой-то схемы для повторения. Заинтересовали схемы цифровых усилителей. Остановился на усилителе “Палник Алексея Королькова”.

До этого я ни разу не изготавливал усилители этого класса. Так что изначально перечитал много информации по этому УНЧ, а также рекомендации по его сборке. Ради интереса собрал этот усилитель из того что было в наличии. Покупал только микросхему и диоды в затворы транзисторов выхлопа. Дроссель был намотан на сердечнике от какого-то БП. Полевики поставил 50N06. БП использовал с выходным напряжением +/- 25В. После включения всё заработало сразу. Самой большой приятной неожиданностью стало то, что в динамиках не было слышно сетевой фон 50Гц, не смотря на то, что блок питания трансформаторный и с конденсаторами малой ёмкости. После этого был собран усилитель из новых комплектующих. Дроссель был намотан на Ш-образном сердечнике. Полевики установил IRFB 4227. И вторая плата заработала сразу.

Так как у меня не было ни блока питания большой мощности, ни акустики для этих усилителей, то после того как проверил и наигрался этими усилителями, отправил их на полку на долгих 5-6 лет.

В этом году купил по дешёвке новый нерабочий китайский усилитель, в котором постоянно горели транзисторы в выходном каскаде. Как оказалось, китайцы напутали номиналы некоторых деталей. Но это не столь важно, так как покупал его из-за корпуса. И так, китайскую плату выходных усилителей я выбросил и установил туда две свои платы. Через некоторое время переделал печатную плату под свои нужды. А именно то, что выходные транзисторы необходимо было вынести на край платы для крепления их к радиатору. Также подправил размещение некоторых компонентов и переразвел печатку, чтобы убрать перемычки (кроме одной). Сделал сразу два канала на одной плате и намотал дроссели на ферритовых чашках Б36. Выходной дроссель я не рассчитывал с помощью программ, а мотал и измерял индуктивность прибором. Печатная плата, по которой собирал я, разведена под микросхему в DIP корпусе. Так как на радиорынке были микросхемы только в SMD корпусе, то при сборке первых двух плат, микросхемы пришлось припаять со стороны пайки к выводам панельки. В этот раз при сборке усилителя, я сделал переходник с SMD на DIP.

Предварительный усилитель установил на NE5532.

Проверял свой усилитель подключением к одному каналу параллельно двух восьмиомных колонок с номинальной мощностью 250Вт. После 5-6 часов работы на максимальной громкости, радиатор еле тёплый и это если вентилятор обдува радиатора выключен. Питание моего усилителя на данный момент +/- 46В не стабилизированное. Выходные транзисторы IRF640. Радиатор – 18см профильной трубы.

Для тех, кто захочет повторить усилитель, рекомендую перечитать форум и рекомендации по сборке. Скажу сразу, что вариантов самой схемы и печатных плат есть много, но я собирал только по одной. За работоспособность этой схемы и печатки ручаюсь.

И так начнём.

Схема

Печатная плата (исходный вариант)

Печатная плата (мой окончательный вариант)

Выходная мощность зависит от напряжения питания УМ. Максимальное напряжение питания зависит от выходных транзисторов, при применении 100Вольтовых (ключей) транзисторов (пример IRF540) на выходе усилителя, питание нельзя поднимать выше +-45В, при 150Вольтовых ключах нельзя поднимать выше 65В, при 200сот Вольтовых ключах нельзя поднимать выше +-85В, при 250Вольтовых ключах нельзя поднимать выше +-110В. При +-85В получаем 800Вт на 4Ома. Если нужно меньше, то нужно уменьшить напряжение питания УМ в соответствии с таблицей. Таблица для двухсот вольтовых ключей, корпус ТО-220!

Напряжение питания	Максимальная выходная мощность при сопротивлении
Напряжение питания	2 Ом	4 Ом	8 Ом
+/-35	240	120	60
+/-45	400	200	100
+/-55	640	320	160
+/-65	900	450	230
+/-75	1200	620	310
+/-85	-------	800	400

Так же при выборе выходных транзисторов следует обратить внимание на максимальный рабочий ток транзистора. Пример: напряжение питания усилителя +-85В, сопротивление нагрузки 4 Ома, тогда 85/4=22, 22+20%=26 т.е. выходные транзисторы должны быть рассчитаны на ток 26 Ампер при 100гр. Цельсия. Под эти требования подходят транзисторы, например: IRFB42N20 (200В, 30А), IRFB4227 (200В, 46А).

Следует обращать внимание на емкость затвора выходных транзисторов. Чем меньше емкость затвора, тем легче управляющей микросхеме управлять транзисторами, тем, естественно, больше можно поднять несущую частоту, но, как правило, у таких транзисторов меньший рабочий ток.

Еще один немаловажный параметр при выборе выходных транзисторов – это сопротивление открытого канала Rdc on. Чем меньше Rdc on, тем меньше будет греться усилитель. Если сравнивать тот же IRFB42N20 Rdc on = 55мОм и IRFB4227 Rdc on = 26мОм, то вторые (4227) будут греться меньше. Но не стоит забывать о потерях в транзисторах при работе на нагрузку. Потери в транзисторах двух видов: статические и динамические.

Статические - это потери на открытом канале вследствие наличия некого сопротивления канала в открытом состоянии Rds(on). Чем больше это сопротивление - тем больше потери в статическом режиме.

Динамические - это потери, обусловленные тормознутостью выбранного транзистора, вследствие большого времени Td(on), Td(off), высокой емкости затвора и заряда. Эти потери растут с ростом частоты и перечисленных характеристик.

В итоге оба вида потерь суммируются. При подходе к расчету и выбору транзистора следует помнить, при производстве невозможно добиться идеальных параметров (минимального Rds(on) при низкой емкости затвора и "шустрым" временем открытия и закрытия). По этому, мы имеем либо низкий Rds(on) и большой ток, но тормознутые скоростные параметры, либо шустрый транзистор и большой Rds(on) следовательно, меньший ток. Например, взять 2 ключа, 42N20 (200 Вольтовый) и 23N15 (150 Вольтовый) первый мощнее в разы, но при повышении частоты выше 250кГц начинают сказываться динамические потери (греется даже в холостом ходу), а 23N15 имея сопротивление канала вдвое больше не греются при 400кГц. Поэтому тут следует балансировать и выбирать оптимум, идеальных решений нет. Найти компромисс иногда трудно, но выбор ключей сейчас достаточный.

Следует отметить, что передача тепла от фланца транзистора к радиатору зависит от корпуса транзистора. Корпус ТО-247 отдает тепло на радиатор быстрее, чем транзистор в корпусе ТО-220.

Все параметры можно узнать, скачав даташит на нужные транзисторы или из таблиц, которые можно скачать в первом посту темы про этот усилитель http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=97582&#entry1078015

Варианты замены деталей.

В затворах используются любые быстрые диоды не медленнее 50ns, напряжение не менее 20В. Из серий SF, HER, MUR, Например HER207, UF5408. Можно поставить Шоттки 1N5817-5819. D3 любой не менее 200В, 50ns, Можно тот же HER207.

Если нет стабилитронов на 13В, то можно поставить на 12В.

В усилителе установлен параметрический стабилизатор для питания IR2184 на транзисторе MJE13007. Этот транзистор можно заменить на TIP41, TIP122 или наш КТ817Г, КТ815Г но у них цоколевка зеркальная!

IR2184 можно заменить на IR2104 но у неё цоколевка другая!

Дроссель.

Для расчета дросселя есть программы, которые легко можно найти в сети. Самые распространенные программы под названием Drossel 3000 и DrosselRing 2100 - Владимира ака (Starichok-а), которые можно скачать по ссылке http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=70885&st=0 В этих программах в базе уже есть куча самых основных импортных и наших отечественных сердечников.

Выбирается из базы имеющийся магнитопровод.

Для усилителей Д-класса устанавливается галочка в строке "Дроссель другого применения".

Вводятся исходные данные:

1 Индуктивность дросселя 100мкГн.

2 Напряжение между плечами БП - 100В.

3 Напряжение одного плеча питания - 50В.

4 Номинальный ток в нагрузке: напряжение питания плеча деленное на сопротивление нагрузки - 50/4 =12А

5 Частота, для "ПалНика" 150-200кГц, частота устанавливается конденсатором С11. У этой топологии больше 180-220кГц квантования, суммарные искажения начинаются увеличиваться.

6 Плотность тока устанавливаем 10А/мм2 (для звука можно и более, до 15А/мм2)

7 Вводим диаметр имеющегося в наличии провода - 0.8. Для больших частот лучше намотать 12 жил проводом 0.35, чем 1 жилу проводом 1мм.

8 Ставим такой зазор чтобы программа при расчете не ругалась (чуть больше требуемого 3,099мм) - 3.5мм

Расчетные данные:

8 Зазор 3.5мм

9 Кол-во витков в дросселе - 29

10 Диаметр провода и кол-во жил 0.8мм * 3 жилы

Здесь http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=113816&st=0 тема по дросселям Д-класса, там можно прочитать много полезного.

Защита от КЗ в нагрузке.

Т.к. защита работает от падения напряжения на токовом резисторе, то чем больше сопротивление этого резистора, тем меньше ток сработки защиты и наоборот. Номинал токового резистора зависит от напряжения питания и сопротивления нагрузки. Настроить можно путем подбора этого резистора при работе усилителя на АС. Сначала впаиваем три резистора 0.1 Ом*2Вт, если при работе на максимальной громкости слышны громкие пощелкивания в АС, то добавляем еще один резистор 0.22 Ом*2Вт. Далее снова слушаем. Если пощелкивания остались, добавляем еще один резистор.

Если Вы собрали плату с защитой, а нужно временно проверить работу УМ без защиты, то транзисторы Т9, Т10 не запаиваются.

Сборка усилителя.

Перед впаиванием каждая деталь должна быть проверена на исправность, измерено сопротивление резисторов во избежание ошибки в номинале. Транзисторы проверены прозвонкой тестером и т.д. Искать ошибки на собранной плате будет гораздо сложнее, так что лучше не торопится и все проверить.

Перемычки делать изолированными проводами.

Выходные транзисторы устанавливаются на общий радиатор через керамические или слюдяные прокладки с использованием теплопроводной пасты. После установки транзисторов на радиатор следует прозвонить средние ножки на отсутствие к.з. с радиатором. Т.к. на коллекторе параметрического стабилизатора масса, то его можно не изолировать от радиатора.

Т.к. на плате усилителя большие емкости не влезут, провода питания следует делать как можно короче, сечение не менее 1.5 см2, лучше 2.5 см2.

Первый запуск усилителя проводить с лампой 220В*60-100Вт последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора и с токоограничительными резисторами в плечах питания усилителя (От 50 до 100 Ом*5Вт в каждом плече), тогда шанс спалить, что-то сильно уменьшается.

Во время первого запуска усилителя проверяют 13В на 5 ноге IR2184 (Относительно минусового плеча питания УМ). Проверяют отсутствие постоянного напряжения на выводах для подключения АС (Допустимый уровень постоянного напряжения +- 0.2 : 0.3В). После этого подключаем АС и подаем звук на вход УМ. Мощность при этом будет мала т.к установлены токоограничительные резисторы. Тут самое главное услышать в АС усиленный сигнал. Токоограничительные резисторы могут нагреться – это нормально. Если со звуком все в порядке, убираем токоограничительные резисторы и лампу с первички.

Полезная информация.

Самовозбуждение усилителя: косвенно определяется по разогреву резистора в цепи Цобеля - R19. Можно попробовать заземлить радиатор на банках БП или на входе земли в ПП усилителя мощности.

Усилитель позиционируется как сабвуферный, но и на ШП у него вполне не плохие хар-ки.

Входное сопротивление усилителя 10кОм.

На каждое плечо питания усилителя в БП нужно поставить по предохранителю. Ток зависит от напряжения питания и сопротивления нагрузки.

Частота у ПалНика зависит от транзисторов, топологии, и немного от дросселя.

Чувствительность у ПалНика около 5-7В, уровень выхода звуковой карты компьютера или двд не хватит, так что чтобы раскачать УМ на максимум нужно будет ставить предусилитель.

КПД усилителя более 90% зависит от выходных транзисторов (ключей), дросселя.