Напряжение питания бортовой сети легко­вого автомобиля составляет 12v . Если задаться сопротивлением акустической сис­темы равным 4 om , то максимальная мощ­ность, которую можно получить при таком напряжении питания составит 36w . Это самый теоретический максимум, предполага­ющий мостовое включение усилителя и нуле­вое сопротивление транзисторов выходного каскада в открытом состоянии, то есть, практически для цифрового импульсного усилителя. Для аналогового усилителя мак­симальная мощность будет не более 20w на канал при мостовом включении. Для полу­чения большей мощности необходимо либо применение импульсного выходного каскада, формирующего аудиосигнал методом широт- но-импульсной модуляции, либо нужно пони­жать сопротивление акустической системы. В первом случае в звуке будет присутствовать ультразвуковая составляющая от ШИМ, а так же, нужны будут более сложные меры борьбы с искажениями сигнала. Во втором случае, сопротивление звуковой катушки уже будет сопроставимо с сопротивлением иду­щих к ней проводов, что в общем, такие меры может свести на нет. Есть еще способ - орга­низация вольт-добавки питания в выходном каскада за счет выпрямления выходного сиг­нала и большой накопительной емкости. Но это тоже не очень хорошо, так как сложно получить достаточно линейную АЧХ, и может быть неравномерной зависимость коэффи­циента передачи по мощности от величины входного сигнала. Конечно, все перечислен­ные выше меры повышения выходной мощ­ности усилителя, питающегося от низко­вольтного источника, имеют право на существование, и при аккуратном и грамот­ном исполнении дают неплохие результаты. Но, есть и более традиционный способ повы­шения мощности УНЧ, - просто повысив его напряжение питания с помощью преобразо­вателя напряжения, и даже организовав с его же помощью двухполярное питание. Этот способ позволяет использовать в автомо­биле не компромиссный автомобильный вариант УНЧ, а практически любую схему УНЧ, применяемую в стационарной аппара­туре, способную обеспечить значительно лучшее качество звучания, чем хитроумные схемы мощных авто-УНЧ, с вольтдобавками на конденсаторах и низкоомными акустичес­кими системами, ведь как скажет любой любитель hl -end , - самое лучшее звучание дает простой одноламповый каскад без цепей обратной связи и с высокоомным вы­ходом. Но это уже конечно другая крайность.

Какова бы не была схема «обычного» УНЧ, который вы планируете использовать в авто­мобиле, для него нужно преобразователь напряжения питания. Этот преобразователь должен выдавать повышенное двухполяр­ное напряжение, в данном случае ±20v при выходном токе до 4А. Такой источник пита­ния сможет питать УНЧ с выходной мощ­ностью до 60-70w , выполненный по тради­ционной схеме.

Принципиальная схема преобразователя показана на рисунке. Схема во многом типо­вая. Задающий генератор со схемой ШИМ стабилизации выходного напряжения выпол­нен на микросхеме А1. Номинальная частота генерации около 50 кГц (регулируется резис­тором r 3). Образцовое напряжение с выхода поступает на вход компаратора (вывод 1) и в зависимости от напряжения на выводе 1 компаратор изменяет широту импульсов, генерируемых микросхемой так чтобы под­держивать выходное напряжение стабиль­ным. Величина выходного напряжения точно устанавливается подстроечным резистором r 8, который формирует это измерительное напряжение. Цепь vd 1- c 3- r 4- r 5 формирует плавный пуск схемы.

Выходные противофазные импульсы сни­маются с выводов 8 и 11 А1 для подачи на выходные каскады, но здесь они сначала поступают на драйвер выходных транзис­торов на микросхеме А2. Задача этой микро­схемы в усилении мощности этих импульсов, так как здесь используются мощные полевые транзисторы с низким сопротивлением открытого канала. Такие транзисторы обла­дают существенной емкостью затворов. Чтобы обеспечить достаточную быстроту открывания транзисторов нужно обеспечить как можно более быструю зарядку и разрядку емкостей их затворов, для этого и служит драйвер на А2 . По цепи питания установлены большие кон­денсаторы С6 и С7, они должны быть рас­паяны толстым проводом непосредственно у точки отвода первичной обмотки трансфор­матора.

Для варианта, дающего двухполярное напряжение питания (как на схеме) вторич­ная обмотка имеет отвод от середины. Этот отвод через индуктивность l 2 соединен с общим проводом. На диодах vd 2-vd 5 (диоды-Шоттки) сделан выпрямитель, даю­щий положительное и отрицательное напря­ жения. В схеме с однополярным питанием вторичная обмотка не имеет отвода, и отри­цательный вывод выпрямительного моста нужно соединить с общим минусом. В этом случае, если требуется напряжение 40v сопротивление резистора r 9 должно быть увеличено вдвое по сравнению с обозначен­ным на схеме.

В качестве основы для трансформатора используется аккуратно разобранный и раз­мотанный трансформатор от источника питания старого цветного телевизора моде­лей линейки 3-УСЦТ. Следует заметить, что сердечник трансформатора там склеен довольно прочно и не каждая попытка раз­делить его половины заканчивается успехом. В этом смысле, на мой взгляд, лучше иметь два таких трансформатора (благо, ненужных блоков питания МП-1, МП-3 и др. сейчас предостаток). У одного трансформатора раз­резаете каркас вместе с обмоткой и удаляете его. Остается сердечник, который уже без каркаса и обмотки разделить значительно проще и результативнее. У второго транс­форматора аккуратно разбиваете и разламы­ваете сердечник, так чтобы не повредить каркас. В результате этого «варварства» получаете один хороший сердечник и один хороший каркас.

Теперь о намотке. Намотка должна держать большой ток, поэтому для неё нужен толстый провод. Для намотки первичной обмотки используется втрое сложенный провод ПЭВ 0,61. Для вторичной такой же провод, но сложенный вдвое. Первичная обмотка - 5+5 витков, вторичная, - 10+10 витков.

Катушка l 1 - не катушка, а ферритовая трубка, надетая на провод. l 2 - 5 витков сложенного втрое ПЭВ 0,61 на ферритовом кольце диаметром 28 мм.

Редкие транзисторы fdb 045an можно заменить другими, причем выбор достаточно велик, так как требуется максимальное напряжение сток-исток не ниже 50v , ток стока не ниже 70А и сопротивление канала в открытом состоянии не более 0,01 Ом. По таким параметрам можно подобрать доста­точно много кандидатов на замену, то есть, практически любой fet -транзистор для автомобильных коммутаторов зажигания и прочего.

Конденсаторы С11 и С12 на напряжение не ниже 25v , остальные конденсаторы на напряжение не ниже 16v .

Горчук Н. В.

Раздел: [Блоки питания (импульсные)]
Сохрани статью в:

Ценители качественного и громкого звука в салоне автомобиля непременно столкнутся с необходимостью установки автомобильного усилителя. Каждый автолюбитель знает, что мощность электрической сети автомобиля равняется 12 Вольт, чего критически мало для того, чтобы при сопротивлении в 4 Ом выдавать действительно мощный звук, ведь некоторые массивные динамики рассчитаны на питание в несколько тысяч Ватт. В таких случаях в автомобиль дополнительно устанавливают усилитель мощности для того, чтобы преобразовать напряжение. При желании усилитель мощности может быть изготовлен своими руками, его схема достаточно проста. Единственная сложность может — это изготовить блок питания для автомобильного усилителя.

Строение блока питания

Блок питание — самая сложная деталь в усилителе, которая состоит из:

• генератора импульсов;
• полевых транзисторов IRFZ44N;
• диода VD1,
• ферритового кольца диаметром минимум в 2 сантиметра;
• дросселя L1;

Чаще именно из-за трудоемкости сборки блока многие любители качественного звука отказываются от самостоятельной сборки автомобильного усилителя. На самом деле, все не так сложно как может показаться изначально. Достаточно обладать минимальными знаниями или следовать инструкции.

Сердцем преобразователя условно называют электрогенератор импульсов. Самая простая формула его создания лежит на основе схемы TL494. Частота генерации может быть увеличена или уменьшена при помощи изменения номинальной мощности резистора R3.

Мышцы блока питания для усилителя представляют собой сдельные транзисторы типа IRFZ44N. В схеме можно использовать резисторы любого типа (за исключением R4, R9, R10). В блок питания можно включить резисторы любой номинальной мощности, в том числе и 0,125 Вт, 0,25 Ватт и включая 1 Вт и даже 0,5 Вт. Светодиод VD1 монтируется в схему с целью предотвращения вторичного подключения плюсовых каналов.

Изготовление блока питания для усилителя

Гидродроссель L1 нужно накрутить на ферритовое кольцо диаметром 2 см. Его можно заимствовать с компьютерного блока питания или просто купить. Для ферритового кольца диаметром 2 см необходимо сделать 12 витков удвоенной проволокой срезом равным 0,7 миллиметрам, которые следует равномерно распределить по всему периметру кольца. Данный гидродроссель подходит и для наматывания на ферритовый стержень диаметром 8-10 миллиметров и длиной в 2 3 сантиметра. Однозначно, наиболее сложный момент в изготовлении конвертера напряжения - правильная формовка трансформатора, так как именно от трансформатора зависит работоспособность всего блока питания. Оптимальным решением будет изготовить его при помощи ферритового кольца марки 2000NM объемом в 40* 25 * 11.

Несмотря на всё многообразие автомобильных усилителей их схемотехника схожа. Давайте узнаем, как устроен рядовой усилитель для авто.

Начнём с блока питания или инвертора. Дело в том, что сам усилитель питается от бортового аккумулятора 12V. А усилительная часть требует двухполярного напряжения ±25 вольт, а иногда и больше.

На печатной плате усилителя обнаружить преобразователь не сложно, его выдаёт тороидальный трансформатор и куча электролитов.

А это уже усилитель Lanzar VIBE. Преобразователь занимает половину печатной платы.

В большинстве случаев преобразователь строится на базе микросхемы ШИ-контроллера TL494CN , которую легко обнаружить в блоках питания AT от ПК .

В мои руки попали несколько автоусилителей китайской сборки (CALCELL, Lanzar VIBE, Supra, Fusion). Во всех этих усилителях применялась схема преобразователя весьма похожая на ту, что опубликована в журнале "Радио" ("Трёхканальный УМЗЧ для автомобиля", автор В. Горев, №8 от 2005 года, стр. 19-21). Вот данная схема.

Отличие данной схемы от тех, что применяются в промышленных образцах автоусилителей - это другая элементная база, а также применение одного вторичного выпрямителя (здесь их два). В серийных образцах также отсутствуют компенсационные дроссели (2L2 - 2L3 , 2L4 - 2L5 ) и, соответственно, электролиты 2С9, 2С10, 2С13, 2С14. От всей этой цепи остаются только ёмкие электролитические конденсаторы на 3300 - 4700 мкФ (35 - 50V) на выходе преобразователя (2С11 , 2С12 ). На входе преобразователя для фильтрации помех от бортовой сети устанавливается П-образный фильтр (LC-фильтр + ёмкостной фильтр). Он состоит из дросселя на ферритовом кольце (2L1 ) и двух электролитических конденсаторов (на схеме - 2С8 , 2С21 ). Иногда, чтобы увеличить общую ёмкость конденсаторов, ставят несколько конденсаторов и соединяют их параллельно. Конденсаторы выбираются на рабочее напряжение 25V (реже 35V) и ёмкостью от 2200 мкФ.

Кроме этого в промышленных схемах цепи перевода из дежурного режима в рабочий выполнены на базе маломощных транзисторов. В приведённой же схеме для включения усилителя используется обычное электромагнитное реле на 12V.

В усилителях CALCELL, Lanzar VIBE, Supra в цепях обвязки микросхемы TL494CN установлена цепь из нескольких биполярных транзисторов. При подаче +12 на клемму REM (Remote - "управление") происходит запуск преобразователя - усилитель включается.

Схема инвертора - двухтактный преобразователь. В качестве ключевых транзисторов используются полевые N-канальные MOSFET транзисторы (например, IRFZ44N - аналог STP55NF06, STP75NF75) Также могут применяться и более мощные аналоги IRFZ46 - IRFZ48. Чтобы увеличить мощность преобразователя в каждом плече устанавливается по 2, а иногда и по 3 MOSFET-транзистора, а стоки их соединяются.

Благодаря этому через транзисторы можно прокачать значительный импульсный ток. Нагрузкой стоков полевых транзисторов являются 2 обмотки импульсного трансформатора. Он тороидальный, то есть в виде кольца с обмотками провода довольно большого сечения.

Так как с импульсного тороидального трансформатора напряжение снимается импульсное, то его нужно выпрямить. Для этих целей служат два сдвоенных диода. Один имеет общий катод (MURF1020CT , FMQ22S ), а другой общий анод (MURF1020N , FMQ22R ). Диоды эти непростые, а быстрые (Fast), рассчитанные на прямой ток от 10 ампер.

В результате на выходе получаем двухполярное напряжение ±25 - 27V, которое требуется для "раскачки" мощных выходных транзисторов усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ).

О важных мелочах. Чтобы отремонтировать автоусилитель в домашних условиях, необходим блок питания на 12V и ток несколько ампер. Я использую либо компьютерный блок питания или блок 12V(8А) , который приобрёл для светодиодной ленты. О том, как подключить автомобильный усилитель дома читайте .

Продолжение следует...

Рис. 1 моноплата автомобильного усилителя звука с раздельными преобразователями напряжения питания

Преобразователь напряжения в схеме блоков питания автомобильных усилителей , как и любой источник питания, имеет некоторое выходное сопротивление. При питании от общего источника между каналами многоканальных усилителей звука возникает взаимосвязь, которая тем больше, чем выше выходное сопротивление источника питания. Оно, обратно пропорционально мощности преобразователя.

Одной из составляющих выходного сопротивления блока питания становится и сопротивление питающих проводов. В моделях высокого класса для питания выходных каскадов усилителя мощности звука используют медные шины сечением 3...5 мм. Это наиболее простое решение проблем с питанием усилителя звука, улучшающее динамику и качество звучания.

Конечно, повысив мощность источника питания, взаимное влияние каналов можно уменьшить, но полностью исключить его нельзя. Если же использовать для каждого канала отдельный преобразователь, проблема снимается. Требования к отдельным источникам питания при этом можно заметно снизить. Обычно уровень переходного затухания автомобильных усилителей с общим блоком питания составляет для бюджетных моделей 40...55 дБ, для более дорогих - 50...65 дБ. Для автомобильных усилителей звука с раздельными блоками питания этот показатель превышает 70 дБ.

Преобразователи напряжения питания делятся на две группы - стабилизированные и нестабилизированные . Нестабилизированные заметно проще и дешевле, но им свойственны серьезные недостатки. На пиках мощности выходное напряжение преобразователя снижается, что приводит к увеличению искажений. Если увеличить мощность преобразователя, это снизит экономичность при малой выходной мощности. Поэтому нестабилизированные преобразователи применяются, как правило, в недорогих усилителях с суммарной мощностью каналов не более 100... 120 Вт. При более высокой выходной мощности усилителя предпочтение отдается стабилизированным преобразователям.

Как правило, блок питания смонтирован в одном корпусе с усилителем (на рис. 1 показана моноплата автомобильного усилителя звука с раздельными преобразователями напряжения питания), но в некоторых конструкциях он может быть выполнен в виде внешнего блока или отдельного модуля. Для включения автомобильного усилителя в рабочий режима усилителя используется управляющее напряжение от головного аппарата (вывод Remote). Потребляемый по этому выводу ток минимален - несколько миллиампер - и никак не связан с мощностью усилителя. В автомобильных усилителях обязательно используется защита от короткого замыкания нагрузки и от перегрева. В ряде случаев имеется также защита акустичеких систем от постоянного напряжения в случае выхода из строя выходного каскада усилителя. Эта часть схемы для современных автомобильных усилителей стала практически типовой и может отличаться незначительными изменениями.

Рис. 2 Схема стабилизированного блока питания автомобильного усилителя звука "Monacor НРВ 150"

В первых автомобильных усилителях в блоках питания использовались преобразователи напряжения, выполненные полностью на дискретных элементах. Пример такой схемы стабилизированного блока питания автомобильного усилителя звука "Monacor НРВ 150" (рис. 2). На схеме сохранена заводская нумерация элементов.

Задающий генератор выполнен на транзисторах VT106 и VT107 по схеме симметричного мультивибратора. Работой задающего генератора управляет ключ на транзисторе VT101. Транзисторы VT103, VT105 и VT102, VT104 - двухтактные буферные каскады, улучшающие форму импульсов задающего генератора. Выходной каскад выполнен на параллельно включенных биполярных транзисторах VT111, VT113 и VT110, VT112. Согласующие эмиттерные повторители на VT108 и VT109 питаются пониженным напряжением, снимаемым с части первичной обмотки трансформатора. Диоды VD106 - VD111 ограничивают степень насыщения выходных транзисторов. Для дополнительного ускорения закрывания этих транзисторов введены диоды VD104, VD105. Диоды VD102, VD103 обеспечивают плавный запуск преобразователя. С отдельной обмотки трансформатора напряжение, пропорциональное выходному, подается на выпрямитель (диод VD113, конденсатор С106). Это напряжение обеспечивает быстрое закрывание выходных транзисторов и способствует стабилизации выходного напряжения.

Недостаток биполярных транзисторов - высокое напряжение насыщения при большом токе. При токе 10... 15 А это напряжение достигает 1 В, что значительно снижает КПД преобразователя и его надежность. Частоту преобразования не удается сделать выше 25...30 кГц, в результате растут габариты трансформатора преобразователя и потери в нем.

Применение полевых транзисторов в блоке питания повышает надежность и экономичность. Частота преобразования во многих блоках превышает 100 кГц. Появление специализированных микросхем, содержащих на одном кристалле задающий генератор и цепи управления, значительно упростило конструкцию блоков питания для мощных автомобильных усилителей.

Рис. 3 Упрощенная схема нестабилизированного преобразователя напряжения питания автомобильного усилителя "Jensen"

Упрощенная схема нестабилизированного преобразователя напряжения питания четырехканального автомобильного усилителя "Jensen" приведена на рис. 3 (нумерация элементов на схеме условная).

Задающий генератор преобразователя напряжения собран на микросхеме KIA494P или TL494 (отечественный аналог - КР1114ЕУ4). Цепи защиты на схеме не показаны. В выходном каскаде, помимо указанных на схеме типов приборов, можно использовать мощные полевые транзисторы IRF150, IRFP044 и IRFP054 или отечественные КП812В, КП850. В конструкции использованы отдельные диодные сборки с общим анодом и с общим катодом, смонтированные через изолирующие теплопроводящие прокладки на общем теплоотводе вместе с выходными транзисторами усилителя.

Трансформатор можно намотать на ферритовом кольце типоразмера К42х28х10 или К42х25х11 с магнитной проницаемостью μ э =2000. Первичная обмотка намотана жгутом из восьми проводов диаметром 1,2 мм, вторичная - жгутом из четырех проводов диаметром 1 мм. После намотки каждый из жгутов разделен на две равные части, и начало одной половины обмотки соединено с концом другой. Первичная обмотка содержит 2x7 витков, вторичная - 2x15 витков, равномерно распределенных по кольцу.

Дроссель L1 намотан на ферритовом стержне диаметром 16 мм и содержит 10 витков эмалированного провода диаметром 2 мм. Дроссели L2, L3 намотаны на ферритовых стержнях диаметром 10 мм и содержат по 10 витков провода диаметром 1 мм. Длина каждого стержня 20 мм.

Подобная схема блоков питания с незначительными изменениями используется в автомобильных усилителях с суммарной выходной мощностью до 100... 120 Вт. Варьируются число пар выходных транзисторов, параметры трансформатора и устройство цепей защиты. В преобразователях напряжения более мощных усилителей вводят обратную связь по выходному напряжению, увеличивают число выходных транзисторов.

Для равномерного распределения нагрузки и уменьшения влияния разброса параметров транзисторов в трансформаторе токи мощных транзисторов распределяют на несколько первичных обмоток. Например, в преобразователе блока питания автомобильного усилителя "Lanzar 5.200" использовано 20! мощных полевых транзисторов, по 10 в каждом плече. Повышающий трансформатор содержит 5 первичных обмоток. К каждой из них подключено по 4 транзистора (параллельно по два в плече). Для лучшей фильтрации высокочастотных помех возле транзисторов установлены индивидуальные конденсаторы сглаживающего фильтра суммарной емкостью 22000 мкФ. Выводы обмоток трансформатора подключены непосредственно к транзисторам, без использования печатных проводников.

Поскольку автомобильным усилителям звука приходится работать в очень тяжелом температурном режиме, для обеспечения надежной работы в некоторых конструкциях используются встроенные вентиляторы охлаждения, продувающие воздух через каналы теплоотвода. Управление вентиляторами осуществляется с помощью термодатчика. Встречаются устройства как с дискретным управлением ("включен-выключен"), так и с плавной регулировкой скорости вращения вентилятора.

Наряду с этим, во всех усилителях используется термозащита блоков. Чаще всего она реализуется на основе термистора и компаратора. Иногда применяют стандартные компараторы в интегральном исполнении, но в этой роли чаще всего используют обычные микросхемы операционных усилителей ОУ. Пример схемы устройства термозащиты используемой в уже рассмотренном четырехканальном автомобильном усилителе "Jensen" приведен на рис. 4. На схеме, нумерация деталей условная.

Термистор R t 1 имеет тепловой контакт с корпусом усилителя вблизи выходных транзисторов. Напряжение с термистора подано на инвертирующий вход ОУ. Резисторы R1 - R3 вместе с термистором образуют мост, конденсатор С1 предотвращает ложные срабатывания защиты. При длине проводов, которыми термистор подключен к плате, около 20 см уровень наводок от блока питания достаточно велик. Через резистор R4 осуществляется положительная обратная связь с выхода ОУ, превращающая ОУ в пороговый элемент с гистерезисом. При нагреве корпуса до 100 °С сопротивление термистора снижается до 25 кОм, компаратор срабатывает и высоким уровнем напряжения на выходе блокирует работу преобразователя.

Выходные транзисторы усилителя и ключевые транзисторы преобразователя питания чаще всего применяют в пластиковых корпусах, ТО-220. К теплоотводу их крепят либо винтами, либо пружинными клипсами. У транзисторов в металлических корпусах теплоотвод несколько лучше, но поскольку устанавливать их нужно через специальные теплоотводящие прокладки, монтаж их намного сложнее, поэтому используют их в автоусилителях значительно редко, только в самых дорогих моделях.