Ибп для лампового усилителя своими руками
9zip.ru 
Ламповый звук hi-end и ретро электроника Импульсный анодно-накальный преобразователь на IR2153 для лампового усилителя
 | Материал этой статьи требует обязательного допиливания. И твоя помощь в этом нужна очень сильно. |
После фейла с обратноходовым анодным преобразователем мы обратились к прямоходовым. Изучив вопрос и проведя эксперименты, стало понятно, что оптимальным вариантом здесь является двухтактный преобразователь. Если использовать полумостовую топологию, то не требуется первичная обмотка силового трансформатора со средней точкой. А если на выходе не экономить диоды и поставить полноценный мостик, то и во вторичке тоже не требуется средняя точка. И фазировку соблюдать не нужно, мотай, как хочешь. И количество выходных напряжений можно делать любым: как вторички намотаешь, столько напряжений и будет. Таким образом, можно получить:
- высокое анодное напряжение — 250..450В 0,2А
- напряжение накала — 6,3В 3А
- напряжение для цифрового показометра
Проще всего реализовать такой преобразователь можно на популярной микросхеме IR2153 по типовой схеме включения. При её использовании не нужна дополнительная обмотка на трансформаторе для самопитания. Единственным неудобством является отсутствие режима «мягкого» старта у данной микросхемы. С этим придётся смириться, ведь если реализовывать что-то подобное, то теряется важное преимущество — простота схемы, и, как следствие — компактность печатной платы. А ещё здесь можно наконец-то применить 200-вольтовые электролитические конденсаторы, которых, наверное, у каждого накопилось с полведра.
Ещё одной особенностью является отсутствие стабилизации выходных напряжений: при изменении напряжения сети, они также будут плавать. Оно и неудивительно, ведь IR2153 — это не ШИМ-контроллер, а всего лишь что-то вроде таймера NE555 с выходным каскадом. Реализовать тут стабилизацию непросто. Но ради справедливости стоит напомнить, что обычные источники анодного и накального напряжений на «железном» трансформаторе ведут себя в таких случаях аналогично.
Раз уж мы упомянули «железные» трансформаторы, то стоит заметить, что импульсные анодно-накальные преобразователи почему-то непопулярны. По-крайней мере, нам не удалось найти таких конструкции в интернете. Есть правда несколько примеров построения подобных блоков питания на основе электронных балластов. Считается, что импульсное питание в ламповых конструкциях — это «не труъ». Хотя, на фотографиях законченных усилителей «на продажу» иногда видно, что некоторые товарищи успешно применяют импульсные блоки питания в своих конструкциях.
нажми для увеличения
Кратко пройдёмся по схеме блока питания. Резистор R4 предназначен для запуска микросхемы. Во время работы он нагревается, поэтому мощность должна быть не менее 2Вт. Цепочка R5C9 — времязадающая, определяет частоту работы микросхемы. В данном случае — это 30кГц. Чем выше эта частота, тем выше требования к ферриту трансформатора и силовым транзисторам. Стабилитроны в затворах этих транзисторов защищают, во-первых, сами затворы от выбросов напряжения, которые, как говорят, бывают у IR2153 во время работы, а, во-вторых, — защитят саму микросхему в случае пробоя транзисторов.
Расчёт силового трансформатора проведён для магнитопровода ER 42/22/15 N87 без зазора и диодов с падением напряжения 1 вольт:
- первичная обмотка: 31 виток проводом диаметром 0,6мм
- вторичная обмотка анодного напряжения на 250В 80. 200мА: 55 витков проводом диаметром 0,25мм
- накальная обмотка: 2 витка диаметром 1мм
И тут начинается интересное: расчётное количество витков накальной обмотки — 1,79, т.к. нецелое. Намотать такое невозможно, поэтому программа округлила это число до 2. При этом номинальное напряжение получается 7,3 вольта.
По этой причине пришлось увеличить количество витков в первичке с 31 до 40, тогда при двух витках накальной обмотки получились как раз нужные 6,3 вольта. Первичку можно сделать и с отводами, а печатную плату спроектировать так, чтобы перемычками можно было выбирать нужное количество витков.
Выбор нужного анодного напряжения выбиратеся аналогично: вторичка сделана с отводами, нужный отвод подключается при помощи джампера.
Следует заметить, что у данного блока питания напряжения на холостом ходу выше, чем под нагрузкой. Поэтому стоит выбирать электролитические конденсаторы с запасом по напряжению. И проводить замеры, разумеется, также следует под нагрузкой. В простейшем случае анодной нагрузкой может служить лампочка накаливания на 220В 25Вт, а накальной — «цементный» резистор на 2,2-4,7 Ом.
Выходной каскад у IR2153 весьма слабый, силовые транзисторы нужно тщательно выбирать. Общепринято ставить сюда IRF740, но их ещё надо поискать. Помимо таких очевидных параметров, как напряжение и ток, следует выбирать транзисторы с малым зарядом затвора. В нашем случае подошли китайские FQPF13N50 с Aliexpress. Честно говоря, особых надежд на них не было, т.к. они куплены за копейки и имеют признаки перемаркировки. Однако, в данной схеме заработали даже без нагрева.
Мы нашли готовую разводку печатной платы в интернете и взяли от неё высоковольтную часть. Эта идея оказалась не самой лучшей, потому что разведена эта плата под какие-то специфические плёночные конденсаторы в фильтре питания — ни один из имеющихся туда не влез. Поэтому пришлось собирать блок питания пока без них.
Так как печатная плата для преобразователя достаточно компактная, она не позволяет установить электролитические конденсаторы большой суммарной ёмкости как на входе, так и на выходе. По этой причине пульсации с частотой 100Гц всё равно будут присутствовать в выходном напряжении. Для лампового усилителя это очень критично, и наращивание сглаживающих ёмкостей здесь — не лучшее решение в виду габаритов и дороговизны.
Для устранения пульсаций предлагается использовать так называемый «электронный дроссель», который полностью их убирает.
При работе на упомянутую выше нагрузку, преобразователь показал хорошую работу. А наличие джамперов выбора анодного напряжения делает его унинверсальным для применения практически в любом ламповом усилителе.
Источник
Переделка дешевого ИБП для УМЗЧ
Для изготовления блоков питания усилителей мощности как правило применяются низкочастотные 50-герцовые трансформаторы. Они надежные, не создают вч-помех и сравнительно просты в изготовлении. Но есть и минусы – габариты и вес. Иногда такие недостатки оказываются решающими и приходится искать другие решения. Частично вопрос габаритных размеров (точнее, только высоты) решается применением торроидального трансформатора. Но такой трансформатор из-за сложности в изготовлении стоит немалых денег. И при этом все так же имеет значительный вес. Решением данной проблемы может стать использование импульсного блока питания.
Но тут свои особенности: сложность в изготовлении, или переделке. Чтобы приспособить под питание УМ компьютерный блок питания, необходимо перепаять половину платы и скорее всего, перемотать вторичную обмотку трансформатора. Но современная китайская промышленность выпускает в большом количестве 12-вольтовые блоки питания Ташибра и им подобные, обещая приличную выходную мощность, 50, 100, 150 Вт и выше. При этом стоимость таких блоков питания смешная.
На рисунке пара таких блоков, выше BUKO, ниже Ultralight, но по сути та же самая Ташибра. Они имеют небольшие отличия (возможно, были сделаны в разных провинциях Китая): вторичная обмотка Ташибры имеет 5 витков, а в BUKO – 8 витков. Кроме того, у Ultralight плата немного больше, предусмотрены места для установки дополнительных деталей. Несмотря на это, переделываются они идентично. Во время процесса доработки необходимо быть предельно аккуратным, поскольку на плате присутствует высокое напряжение, после диодного моста это 300 вольт. Кроме того, если случайно закоротить выход, то сгорят транзисторы.
Схема блоков питания от 50 до 150 ватт одинаковая, отличие только в мощности использованных деталей.
Что нужно доработать?
1. Нужно подпаять электролитический конденсатор после диодного моста. Емкость конденсатора должна быть как можно больше. При данной переделке был применен конденсатор 100мкФ на напряжение 400вольт.
2. Нужно заменить обратную связь по току обратной связью по напряжению. Для чего это нужно? Для того, чтобы блок питания запускался без нагрузки.
3. Если это необходимо, то перемотать трансформатор.
4. Нужно будет выпрямить выходное переменное напряжение диодным мостом. Для этих целей можно применить отечественные диоды КД213, или импортные, высокочастотные. Лучше конечно же Шоттки. Также необходимо сгладить пульсации на выходе конденсатором.
Вот схема переделанного блока питания.
Синим кружочком отмечена катушка обратной связи по току. Чтобы ее отключить, нужно обязательно выпаять один конец, чтобы не создать короткозамкнутой обмотки. После этого можно смело замыкать контактные площадки катушки на плате. После этого необходимо организовать обратную связь по напряжению. Для этого берется кусок провода от витой пары и на силовой трансформатор мотается 2 витка. Затем тем же проводом мотается 3 витка на трансформатор связи Т1. После этого к концам этого провода припаивается резистор 2,4 — 2,7 Ом, мощностью 5 – 10 Ватт. К выходу преобразователя подключается 12-вольтовая лампочка, а в разрыв провода питания включается лампочка на 220 Вольт, 150 Ватт. Первая лампочка используется в качестве нагрузки, а вторая в качестве ограничителя потребляемого тока. Включаем преобразователь в сеть. Если сетевая лампочка не засветилась, значит с преобразователем все нормально и можно эту лампочку убирать. Снова включаем в сеть, уже без нее. Если 12-вольтовая лампочка на нагрузке не засветилась, значит не угадали с направлением намотки катушки связи на трансформаторе связи Т1 и ее нужно будет намотать в другую сторону. Не забываем после отключения питания разряжать сетевой конденсатор резистором на 1 кОм.
Блок питания для УНЧ обычно биполярный, в данном случае необходимо получить 2 напряжения по 30 вольт. Вторичная обмотка силового трансформатора имеет 5 витков. При выходном напряжении 12 вольт получается 2,4 вольта на один виток. Чтобы получить 30 вольт, нужно намотать 30 Вольт/2,4Вольт = 12,5 витков. Следовательно, необходимо намотать 2 катушки по 12,5 витков. Для этого необходимо отпаять трансформатор от платы, временно смотать два витка обратной связи по напряжению и смотать вторичную обмотку. После этого наматываются простым многожильным проводом рассчитанные две вторичные обмотки. Вначале мотается одна катушка, потом другая. Соединяются два конца разных обмоток – это будет нулевой вывод.
Если будет необходимо получить другое напряжение, мотается больше/меньше витков.
Частота работы блока питания с катушкой связи по напряжению где-то 30 кГц.
Затем собирается диодный мост, подпаиваются электролиты и параллельно им керамические конденсаторы для гашения высокочастотных помех. Вот еще варианты соединения вторичных обмоток.
Источник
Импульсный источник питания для УМЗЧ на IR2153 (300-500Вт)
Представляю вашему вниманию импульсный источник питания для УМЗЧ на популярной микросхеме IR2153.
Данный блок питания обладает следующими достоинствами:
- Защита от перегрузок и короткого замыкания как в первичной обмотке импульсного трансформатора, так и во вторичных цепях питания.
- Схема плавного пуска ИБП.
- Варистор на входе ИБП защищает от повышение сетевого напряжения выше опасного значения и от подачи на вход 380В.
- Простая и дешевая схема.
Основные технические характеристики ИБП (характеристики приведены для моего конкретного экземпляра):
Долговременная выходная мощность — 300Вт
Кратковременная выходная мощность — 500Вт
Рабочая частота — 50кГц
Выходное напряжение — 2х35В (можно получить любое необходимое выходное напряжение в зависимости от намотки трансформатора).
КПД — не менее 85% (зависит от трансформатора)
Управляющая часть ИБП является стандартной и взята прямиком из даташита на IR2153.
Схема ИБП включает в себя так же: защиту от перегрузок и КЗ. Защита может быть настроена на любой необходимый ток срабатывания с помощью подстроечного резистора — R10. О срабатывании защиты свидетельствует свечение светодиода HL1. При активной защите, в аварийном состоянии ИБП может находится сколько угодно долго, при этом он потребляет ток такой же как и на холостом ходу без нагрузки. В моей версии защита настроена на срабатывание при потреблении от ИБП мощности 300Вт и более. Это гарантирует то, что ИБП не будет перегружен и не выйдет из строя в результате перегрева. В качестве датчика тока в данной схеме используются резисторы включенные последовательно с первичной обмоткой импульсного трансформатора. Это позволяет отказаться от трудоемкого процесса намотки токового трансформатора. При КЗ или перегрузке, когда падение напряжения на R11 достигает заданной величины, такой величины при котором на базе VT1 напряжение станет больше 0,6 — 0,7В, сработает защита и питание микросхемы будет шунтировано на землю. Что в свою очередь отключает драйвер и весь БП в целом. Как только перегрузка или КЗ устранено, питание драйвера возобновляется и блок питания продолжает работу в штатном режиме.
Схема ИБП предусматривает плавный пуск, для этого в ИБП присутствует специальный узел, который ограничивает пусковой ток. Это необходимо для того, чтобы облегчить работу ключам при запуске ИБП. При подключении ИБП в сеть, пусковой ток ограничивается резистором R6. Через данный резистор течет ВЕСЬ ток. Этим током заряжается основная первичная емкость С10 и вторичные емкости. Все это происходит в считанные доли секунд, и когда зарядка завершена и ток потребления снизился до номинального значения, происходит замыкание контактов реле К1 и контакты реле шунтируют R6, тем самым запуская ИБП на полную мощность. Весь процесс занимает не более 1 секунды. Этого времени достаточно чтобы завершились все переходные процессы.
Драйвер запитывается непосредственно от сети, через диод и гасящий резистор, а не после основного выпрямителя от шины +310В как это делают обычно. Такой способ запитки дает нам сразу несколько преимуществ:
1. Снижает мощность рассеиваемую на гасящем резисторе. Что снижает выделение тепла на плате и повышает общий КПД схемы.
2. В отличает от запитки по шине +310В обеспечивает более низкий уровень пульсаций напряжения питания драйвера.
На входе блока питания, сразу после предохранителя установлен варистор. Он служит для защиты от повышения напряжение в сети выше опасного предела. При аварии сопротивление варистора резко падает и происходит короткое замыкание, в следствии которого перегорает предохранитель F1, тем самым размыкая цепь.
Таким вот образом я тестировал ИБП на полной мощности.
В качестве нагрузки у меня выступают 4 керамических, проволочных резистора мощностью 25Вт, погруженные в емкость с «кристально чистой» водой. После часа прохождения тока через такую воду все примеси всплывают наверх и чистая вода превращается в бурую, ржавую жижу. Вода усиленно испарялась и за час испытаний нагрелась практически до кипения. Вода необходима для отвода тепла от мощных резисторов, если кто не понял.
Трансформатор в моем варианте ИБП, намотан на сердечнике EPCOS ETD29. Первичная обмотка проводом 0,8мм2, 46 витков в два слоя. Все четыре вторичные обмотки намотаны тем же проводом в один слой по 12 витков. Может показаться, что сечение провода не достаточно, но это не так. Для работы этого ИБП на питание УМЗЧ этого достаточно, так как средняя потребляемая мощность значительно ниже максимальной, а кратковременные пики тока ИБП без труда отрабатывает за счет емкостей питания. При долговременной работе на резистор, при выходной мощности 200Вт, температура трансформатора не превысила 45 градусов.
Для увеличения выходного напряжение более 45В необходимо заменить выходные диоды VD5 VD6 на более высоковольтные.
Для увеличение выходной мощности необходимо использовать сердечник с большей габаритной мощностью и обмотками, намотанными проводом большего сечения. Для установки другого трансформатора придется изменить рисунок печатной платы.
Внимание! При покупке IRF740 необходимо быть крайне внимательным чтобы не нарваться на подделку, которые встречаются очень часто, особенно на Aliexpress, для этого важно знать как выглядит поддельный IRF740.
На иллюстрации сверху, показаны два вида оригинальных IRF740 производства Vishay и производства IR, а также типичная подделка, которая часто встречается на Aliexpress и в других магазинах.
Кроме внешнего вида, подделку от оригинала легко отличить с помощью транзистор-тестера:
Если установить в панельку транзистор-тестера оригинальный транзистор, то отображаемое значение емкость будет: C=2,6. 2,7 нФ. Подделки имеют гораздо меньший кристалл, чем оригинальный транзистор и поэтому транзистор-тестер, в случае установки в него поддельного транзистора, выдаст другое — меньшее значение емкости: C=0,9. 1,5 нФ. Постойте, но ведь в даташите IRF740 указана емкость 1,4 нФ, почему тогда оригинал должен иметь емкость около 2,7 нФ ? Подобный вопрос обязательно должен у кого-нибудь возникнуть. Отвечаю. Емкость указанная в даташите измерена при совершенно других условиях (напряжение затвор-исток = 0 В, напряжение сток-исток = 25 В, частота = 1 МГц), отличных от тех, при которых измеряет емкость транзистор-тестер, поэтому сравнивать значение емкостей из транзистор-тестера и даташита — просто бессмысленно.
И последнее. Кто-то наверняка сказал: ну и что, что не оригинал, зато дешевле, какая разница?! Хорошо, если бы разница была только в цене, но нет! Оригинальный транзистор — это транзистор, который соответствует всем заявленным производителем параметрам из даташита. Поддельный транзистор — это транзистор, который не соответствует никаким параметрам. По сути, подделка — это другой транзистор. Подделка, на которой написано «IRF740», по своим параметрам может являться чем угодно, но только не IRF740. Часто подделка — это другой, более дешевый и маломощный транзистор, перемаркированный под другой, более дорогой транзистор. Другими словами, по-простому, если собрав ИИП на оригинальных IRF740 вы сможете легко и непринужденно, долговременно снять 300 Вт мощности, а кратковременно и того больше, то собрав тот же ИИП на поддельных «IRF740», вы можете получить фейерверк при попытке снять более 100 Вт, а иногда даже при первом же включении.
Печатная плата в готовом виде выглядит так (выполнено ЛУТом):
Размеры платы 188х88мм. Текстолит я использовал с толстой медью — 50мкм, вместо стандартных 35мкм. Можно использовать медь стандартной толщины. В любом случае не забывайте хорошенько пролудить дорожки.
Источник