Виготовлення та схема блоку живлення для підсилювача phoenix p-400
Передмова
Спочатку проектування мені потрібно було визначиться з типом джерела живлення: "імпульсний" або "трансформаторний". - у кожного варіанту є свої плюси і мінуси.
У імпульсних джерел живлення невеликі габарити і велика потужність, в навантаження, та ось тільки виготовлення їх може для багатьох виявитися нелегкою справою.
Блок живлення на основі трансформатора і випрямляча з фільтрами, стабілізаторами - легший у виготовленні і налагодженні але має габарити побільше, безпечний (не доводиться мати справу з 220В). Зваживши всі я зупинився на останньому варіанті - буду робити трансформаторний блок живлення.
Розрахунок потужності трансформатора
Насамперед підбираємо трансформатор і прораховуємо потрібну потужність. Для прикладу я прикинув приблизну споживану потужність різних частин і блоків свого підсилювача і ось що вийшло:
4-х канальний підсилювач потужності: 4 * 25В * 4А = 400ватт
4 індикатора вихідної потужності 4 * 12В * 0.15А = 7,2Ватт
2 блоки захисту від перевантажень 2 * 22В * 0.2А = 8,8Ватт
Блок термозахисту + 5 вентиляторів 1 * 12В * 0.2А + 5 * 12В * 0.15А = 11,4Ватт
4 Індикатора температур 4 * 5В * 0.06А = 1,2Ватт
Підсумуємо отримані цифри: 400 + 7,2 + 8,8 + 11,4 + 1,2 = 428Ватт
Трансформатора на 400-500 Ватт потужності повинно вистачити, але якщо з запасом взяти (x1.5) то 600-700Ватт саме воно. ) Ну а тепер головне питання, яке так хвилює кожного радіоаматора, яка стикається з виготовленням потужного ІП з різними напругами: А де мені взяти трансформатор на таку потужність і з потрібними напруженнями? - варіантів відповіді декілька:
- замовити намотування трансформатора з потрібними параметрами (зустрічав в інтернеті сайти де можна замовити собі виготовлення потрібного трансформатора - коштує не дешево);
- знайти підходяще залізо для трансформатора і намотати самому обмотки на найбільш придатну напруги (в крайньому випадку можна, наприклад, перемотати готовий трансформатор від старого телевізора);
- знайти / купити вже повністю готовий трансформатор з потрібними параметрами (такий варіант зустрічається, на жаль не часто).
На момент виготовлення свого підсилювача мені підходив тільки 2-й варіант.
Тепер потрібно визначитися з типом заліза для для майбутнього трансформатора, воно буває з Ш-образних пластин або тороїдальне (тороид із залізної стрічки).
Трансформатори на тороідальному залозі в порівнянні з трансформаторами на броньових сердечниках з Ш-образних пластин мають меншу вагу і габарити.
Також тори відрізняються кращими умовами охолодження обмоток і підвищеним ККД, при рівномірному розподілі обмоток по периметру тороїдального сердечника практично відсутній поле розсіювання і в більшості випадків відпадає необхідність у екранування трансформаторів.
Так як батько подарував мені зі своїх старих запасів тороїдальне залізо з уже намотаною первинною обмоткою то мені залишалося тільки намотати вторинні обмотки з потрібними напругою і струмами. Первинна обмотка складається приблизно з 800 витків проводом ПЕЛШО 0.8, причому вся обмотка залита парафіном (для кращої теплопередачі і щоб при навантаженні транс НЕ гудів).
Прикинувши перетин заліза трансформатора (виміряв лінійкою висоту і товщину кільця без обмотки) і провівши розрахунки я визначив яку потужність можна викачати з цього трансформатора - приблизно 450 Ватт. Впринципі досить для моїх потреб, потім випробування підсилювача показали що з харчуванням все ок.
На розрахунках я зупинятися сильно не буду, поділюся тільки інформацією як розрахувати тороїдальний трансформатор.
Підбірка статей за розрахунками тороїдальних трансформаторів: Завантажити (1Мб)
Розрахунок напружень вторинних обмоток
Перш ніж приступити до намотування вторинних обмоток трансформатора мені потрібно було розрахувати напругу на який потрібна кожна з обмоток. Тут діє просте правило для випрямлячів з конденсаторами (трансформатор-діодний міст-електролітичні конденсатори): після випрямлення змінної напруги і конденсаторів отримане постійна напруга буде, приблизно, в 1,3-1,4 рази більше поданого змінного.
Для прикладу, мені для підсилювача потрібно харчування 35 Вольт постійного напруження, тому вторинна обмотка (змінної напруги) повинна бути на:
Ось така ось математика, за таким принципом прораховуємо напруги для всіх потрібних вторинних обмоток.
Намотування вторинних обмоток трансформатора
Оптимальний варіант це все вторинні обмотки мотати самому і на кожне напруга по окремій вторинній обмотці (живлення УНЧ і стабілізатори для інших блоків підсилювача), але якщо це викликає складності то можна зробити простіше - повісити на одну з ліній живлення підсилювача потужності все або частину стабілізаторів, в принципі варіант непоганий але я не став його використовувати, так як мені не важко домотать пару десятків витків для окремих вторичних обмоток з напругою.
Для намотування обмоток трансформатора нам необхідно виготовити човник з дерева або текстоліту (дивись малюнок нижче), підготувати провід та ізоляційні матеріали ну і своє терпіння. )
При намотуванні вручну слід користуватися проводами ПЕЛШО, ПЕШО. В крайньому випадку можна застосувати провід ПЕВ-2. Як межобмоточной і зовнішньої ізоляції придатні фторопластова плівка ПЕТФ товщиною 0,01-0,02 мм, лакоткань ЛШСС товщиною 0,06-0,12 мм або батистова стрічка, я ж використовував фторопластову плівку.
Для вторинних обмоток я використовував провід перетином: 1,5 мм - для обмоток УМЗЧ (4 обмотки) і 0.6мм для інших. Первинна обмотка містить 800 витків (як я раніше вже згадував). а число витків для вторинних обмоток я підбирав експериментальним способом.
Робив я так тому щоб виключити ймовірність невеликої похибки при розрахунках, хотілося експериментально спробувати і переконатися що намотавши потрібне число витків я отримаю потрібну напругу.
Розрахунок числа витків коли вже намотана первинна обмотка трансформатора: мотаємо 20 витків і вимірюємо напруга на їх, потім ділимо потрібне напруження на отримане значення, множимо на 20 - отримуємо кількість витків для вторинної обмотки.
- Намотали 20 витків, напруга на після вимірювання = 5В.
- Нам же потрібно 36В - дізнаємося скільки разів по 20 витків нам потрібно намотати = 36В / 5В = 7,2 рази
- Вважаємо кількість витків = 7,2 рази * 20 = 144 витка.
Розрахунок довгі дроти. знаючи кількість витків мотаємо 20 витків дроту і вимірюємо його довжину, ділимо кількість витків на 20 і множимо на отримане число довжини - отримуємо довжину проводу необхідну для обмотки.
- Намотавши 20 витків довжина проводу = 1,3 Метра.
- Нам потрібно 100 витків дроту. Дізнаємося скільки разів по 1,3 Метра потрібно намотати = 100/20 = 5 разів.
- Обчислюємо кількість дроти = 5 разів * 1,3 Метра = 6,5 Метра дроти.
Про всяк випадок пріплюсовуем до довжини два-три метри, так як під час намотування в кілька шарів діаметр каркаса збільшується, відповідно й проведення потрібно буде трошки більше.
Дану процедуру потрібно проводити під час намотування кожної окремої обмотки так як при наступному шарі намотаного дроти збільшується довжина витка плюс ще ізоляція між обмотками, тому не лінуємося і розраховуємо)
Знаючи довжину проводу для обмотки мотаємо його на човник. Для намотування кожних двох обмоток по 25 Вольт (всього 4 обмотки) на човник укладаємо витки відразу в два дроти, так в два рази швидше, як не дивно)).
Після намотування в два дроти головне потім не забути правильно з'єднати обмотки: кінець першої обмотки з'єднуємо з початком другої. Таким чином мотаємо все вторинні обмотки, ізолюючи їх між собою шаром діелектрика (в моєму випадку фторопластовая стрічка).
Включивши цікавий документальний фільм, щоб можна було слухати що-небудь цікаве і не померти від монотонності процесу намотування обмоток трансформатора, я приступив до роботи. Ось що у мене вийшло в результаті після кількох годин такого веселого проведення часу:
Схема блоку живлення і стабілізаторів напруги
Ну а тепер я наведу схему випрямлячів блоку живлення, звідки і які напруги я отримую:
Зі схеми зрозуміло що для підсилювачів низької частоти використовуються два двополярного випрямляча, які харчуються кожен від своїх обмоток трансформатора. Інші напруги (12В, 14В, 22В, 5В) беруться також від окремо намотаних обмоток і крім випрямлячів містять ще й стабілізатори напруги.
На схемі видно 3 типи стабілізаторів (нижче будуть наведені їх докладні схеми):
- STAB - ето простий стабілізатор на базі однієї інтегральної мікросхеми з серії КРЕН, розрахований на струм віддається в навантаження не більше 1А.
- STAB + REG - ето той же стабілізатор але з можливістю плавного регулювання напруги на виході.
- STAB + POW - ето більш потужний варіант стабілізатора виконаний на мікросхемі і потужному транзисторі, максимальний струм віддається в навантаження 2-3А.
Блок живлення, з перспективою на майбутнє, я робив на такі напруги:
- 4 х 36В - підсилювачі потужності (дві хустки, кожна містить 2 каналу УНЧ по 100 Ватт).
- 1 х 22В - блоки захисту акустичних систем.
- 3 х 12В - електронні регулятори гучності, стереопроцессор, індикатори вихідної потужності, термозахист + вентилятори, підсвічування.
- 1 х 14В - електронні регулятори тембру.
- 1 х 5В - індикатори температури, мікроконтролер, схема управління.
Схеми випрямлячів для УМЗЧ ідентичні, тому для економії місця другий модуль А1.2 я намалював без зображення схеми з'єднання деталей. Випрямлячі А2.1 і А2.2 також ідентичні крім використовуваних для них типів схем стабілізаторів, що чітко відображено справа в А2.2.
На діодах D1 - D4 зібраний потужний діодний міст. Так як кожен з діодів КД213 розрахований на максимальний прямий струм 10А то немає потреби турбуватися що вони згорять або перегріються, я навіть не встановлював їх на тепловідвід. D5 - діодний міст, наприклад КЦ405 або інший на струм не менше 2-3А, я ж зібрав його з 4х потужних діодів.
Конденсатори С1 - С4 виконують роль фільтрів і "ріжуть" проскакивающие високочастотні перешкоди, С7, С8 - теж виступають як фільтри але для перешкод на більш низьких частотах.
Згладжують конденсатори С5, С6 - брав імпортні, вони малих розмірів, на велику напругу і ємність. 10 000uF / 63V брав за ціною приблизно 2,5 $ за штучку хоча бачив такі ж на базарі і по 3-4 $. Головне на них не потрібно економити, чим більше ємність фільтра, що згладжує - тим краще.
Резистори R1, R2 потрібні для розряду ємностей фільтра при відключенні харчування (у мене після вимкнення живлення 220В схеми УНЧ відключаються від випрямляча за допомогою реле, а при включеному харчуванні є можливість вмикати-вимикати кожну пару каналів 2 + 2).
Дроселі L1, L2 я взяв готові із згорілих джерел живлення від комп'ютерів, до речі там же взяв і радіатори для мікросхем стабілізаторів.
Схеми стабілізаторів, які були використані для отримання потрібних напружень і струмів наведені нижче:
Фото мого блоку харчування
Наведу нижче кілька фото плат блоку живлення що у мене вийшли виходячи з комбінації потрібних мені напруг:
При налагодженні я прийшов до висновку що набагато зручніше було б виготовити стабілізатори на окремих платах, але все переробляти вже не було бажання та й в корпусі майбутнього підсилювача вже було все сплановано з урахуванням такої конструкції блоку живлення.
висновок
Я сподіваюся що наданий матеріал і мій особистий досвід надасть вам користь при плануванні і складанні хорошого блоку живлення для вашого майбутнього підсилювача!
Бажаю вам удачі і терпіння, все обов'язково вийде)!
Наприклад взяти напруга з блоку живлення УНЧ, для кожного плеча ставимо 0.5-1 Вт резистор, після нього стабілітрон на потрібне напруження стабілізації і паралельно йому згладжують конденсатори. ОУ споживає трохи струму, тому такого рішення цілком достатньо. Інша справа якщо потрібно двополярної напруги з одного обмотки трансформатора. Ось дві цікаві схемки двополярного малопотужних стабілізаторів постійної напруги:
А чи є шанс змінити межа напруг до 24В, змінивши номінал якогось елементу на схемі STAB + REG. Я так розумію, що діапазон залежить від номіналів R3 і R4. Новомосковскл десь, що R4 + R3 = Vo / I, тобто 24В / 0.2А = 120 Ом?
1) Почніть негайно довіряти собі, у вас все вийде, а помилки - це просто цінний досвід!
2) Якщо наведена друкована плата - це вид з боку деталей, а не з боку доріжок - то мікросхема LM317 розташована правильно. Якщо ж це сторона доріжок то мікросхему потрібно перевернути.
3) Чи не були з'єднані мінуса конденсаторів С1 і С2 - у вас на малюнку я додав з'єднання.
А так по ходу все вірно розведено. В якій програмі робив розведення печатки?
Для живлення підсилювачів на мікросхемах TDA1557, TDA8563, TDA7560 (однополярної харчування +12 В) стабілізатор напруги не потрібен, напруга на мікросхеми подаємо прямо від саморобного випрямляча зі згладжуючому конденсатором, або від готового блоку живлення (12-14В).
Схеми стабілізаторів напруги (STAB, STAB + REG, STAB + POW) потрібні для харчування логічних схем, мікроконтролера, попереднього підсилювача, темброблока, схем захисту і т.п.
По деталях для стабілізаторів:
- Діоди ставте які знайдете, струм від 1А.
- Резистори: R8 = 62R (62 Ом, МЛТ-0,5 і могутніше), R9 = 0,5R (0,5 Ом, 2-5Ватт в залежності від навантаження, можна цементний, а можна МЛТ-2 наприклад).
- Т1 - КТ818 з будь-якою літерою
- С4, С8, С13 - вказані 2200мкФ, що трохи надмірно, можна ставити від 100мкФ і більше на напругу 25-63В.
- С1, С3, С5, С7б С10, С12 - керамічні, 0,1-0,3мкФ
Чи не стабілізований 12 В / 900мА (robiton dn тисячі) блок живлення не підійде, оскільки будь-яка з наведених вами мікросхем споживає в піку ток від 3 до 10А, а то і більше, пробуйте живити від комп'ютерного БП.