Блоки живлення автомобільних підсилювачів звуку, схемотехніка та принцип роботи
Мал. 1 моноплата автомобільного підсилювача звуку з роздільними перетворювачами напруги живлення
Перетворювач напруги у схемі блоків живлення автомобільних підсилювачів, як і будь-яке джерело живлення, має деякий вихідний опір. При живленні від загального джерела між каналами багатоканальних підсилювачів звуку виникає взаємозв'язок, який тим більший, ніж вищий вихідний опір джерела живлення. Воно, обернено пропорційно потужності перетворювача.
Однією зі складових вихідного опору блоку живлення стає і опір проводів живлення. У моделях високого класу живлення вихідних каскадів підсилювача потужності звуку використовують мідні шини перетином 3. 5 мм. Це найбільш просте вирішення проблем із живленням підсилювача звуку, що покращує динаміку та якість звучання.
Звичайно, підвищивши потужність джерела живлення, взаємний вплив каналів можна зменшити, але виключити його не можна. Якщо ж для кожного каналу використовувати окремий перетворювач, проблема знімається. Вимоги до окремих джерел живлення можна помітно знизити. Зазвичай рівень перехідного згасання автомобільних підсилювачів із загальним блоком живлення становить бюджетних моделей 40. 55 дБ, для дорожчих — 50. 65 дБ. Для підсилювачів автомобільного звуку з роздільними блоками живлення цей показник перевищує 70 дБ.
Перетворювачі напруги живлення поділяються на дві групи - стабілізовані та нестабілізовані. Нестабілізовані помітно простіше та дешевше, але їм властиві серйозні недоліки. На піках потужності вихідна напруга перетворювача знижується, що призводить до збільшення спотворень. Якщо збільшити потужність перетворювача, це знизить економічність за малої вихідної потужності. Томунестабілізовані перетворювачі застосовуються, як правило, у недорогих підсилювачах із сумарною потужністю каналів не більше 100. 120 Вт. При більш високій вихідній потужності підсилювача перевага надається стабілізованим перетворювачам.
Як правило, блок живлення змонтований в одному корпусі з підсилювачем (на рис. 1 показана моноплата автомобільного підсилювача звуку з роздільними перетворювачами напруги живлення), але в деяких конструкціях може бути виконаний у вигляді зовнішнього блоку або окремого модуля. Для включення автомобільного підсилювача в робочий режим підсилювача використовується керуюча напруга від головного апарату (вивод Remote). Споживаний з цього висновку струм мінімальний кілька міліампер і ніяк не пов'язаний з потужністю підсилювача. В автомобільних підсилювачах обов'язково використовується захист від короткого замикання навантаження та від перегріву. У ряді випадків є також захист акустичних систем від постійної напруги у разі виходу з ладу підсилювача вихідного каскаду. Ця частина схеми для сучасних автомобільних підсилювачів стала практично типовою і може відрізнятись незначними змінами.
Автомобільні підсилювачі мають ще одну особливість. Зазвичай компоненти аудіосистеми віддалені один від одного і для їх з'єднання використовуються відносно довгі кабелі з'єднання яких в автомобілі може досягати десятка і більше метрів. Щоб виключити утворення паразитного контуру чутливого до наведень, доводиться вживати спеціальних заходів. Насамперед потрібно прагнути до того, щоб у системі була одна точка заземлення (точка з'єднання з "масою" автомобіля), але цю умову не завжди можна виконати. Для зменшення рівня перешкод загальний провід вхідних ланцюгів блоку живлення та загальний провід його вихідних ланцюгів мають повнугальванічну розв'язку або пов'язані через резистор R1 опором порядку 1 кОм, як показано на малюнку 2. Залежно від місця та способу монтажу підсилювача, ліній живлення та зв'язку для досягнення мінімального рівня наведень може знадобитися і безпосереднє з'єднання первинних та вторинних ланцюгів.
Мал. 2 Схема стабілізованого блоку живлення автомобільного підсилювача звуку Monacor НРВ 150
У перших автомобільних підсилювачах блоках живлення використовувалися перетворювачі напруги, виконані повністю на дискретних елементах. Приклад такої схеми стабілізованого блоку живлення підсилювача автомобільного звуку "Monacor НРВ 150" (рис. 2). На схемі збережено заводську нумерацію елементів.
Задає генератор виконаний на транзисторах VT106 та VT107 за схемою симетричного мультивібратора. Роботою генератора, що задає, управляє ключ на транзисторі VT101. Транзистори VT103, VT105 і VT102, VT104 - двотактні буферні каскади, що покращують форму імпульсів генератора, що задає. Вихідний каскад виконаний на паралельно включених біполярних транзисторах VT111, VT113 та VT110, VT112. Узгоджувальні емітерні повторювачі на VT108 і VT109 живляться зниженою напругою, що знімається з частини первинної обмотки трансформатора. Діоди VD106 – VD111 обмежують ступінь насичення вихідних транзисторів. Для додаткового прискорення закриття цих транзисторів введені діоди VD104, VD105. Діоди VD102, VD103 забезпечують плавний запуск перетворювача. З окремої обмотки трансформатора напруга, пропорційна вихідному, подається на випрямляч (діод VD113, конденсатор С106). Ця напруга забезпечує швидке закривання вихідних транзисторів та сприяє стабілізації вихідної напруги.
Нестача біполярних транзисторів - високанапруга насичення за великого струму. При струмі 10. 15 А ця напруга досягає 1, що значно знижує ККД перетворювача і його надійність. Частоту перетворення не вдається зробити вище 25. 30 кГц, в результаті зростають габарити трансформатора перетворювача та втрати в ньому.
Застосування польових транзисторів у блоці живлення підвищує надійність та економічність. Частота перетворення у багатьох блоках перевищує 100 кГц. Поява спеціалізованих мікросхем, що містять на одному кристалі генератор і ланцюги управління, що задає, значно спростило конструкцію блоків живлення для потужних автомобільних підсилювачів.
Мал. 3 Спрощена схема нестабілізованого перетворювача напруги живлення автомобільного підсилювача "Jensen"
Спрощена схема нестабілізованого перетворювача напруги живлення чотириканального підсилювача автомобільного "Jensen" наведена на рис. 3 (нумерація елементів на умовній схемі).
Задає генератор перетворювача напруги зібраний на мікросхемі KIA494P або TL494 (вітчизняний аналог - КР1114ЕУ4). Ланцюги захисту на схемі не показані. У вихідному каскаді, крім зазначених на схемі типів приладів, можна використовувати потужні польові транзистори IRF150, IRFP044 та IRFP054 або вітчизняні КП812В, КП850. У конструкції використані окремі діодні зборки із загальним анодом та із загальним катодом, змонтовані через ізолюючі теплопровідні прокладки на загальному тепловідводі разом із вихідними транзисторами підсилювача.
Трансформатор можна намотати на феритовому кільці типорозміру К42х28х10 або К42х25х11 із магнітною проникністю μе=2000. Первинна обмотка намотана джгутом із восьми проводів діаметром 1,2 мм, вторинна — джгутом із чотирьох проводів діаметром 1 мм. Після намотування кожен із джгутів розділений на двірівні частини, і початок однієї половини обмотки з'єднаний з кінцем іншої. Первинна обмотка містить 2x7 витків, вторинна - 2x15 витків, рівномірно розподілених по кільцю.
Дросель L1 намотаний на феритовому стрижні діаметром 16 мм і містить 10 витків емальованого дроту діаметром 2 мм. Дроселі L2, L3 намотані на феритових стрижнях діаметром 10 мм і містять по 10 витків дроту діаметром 1 мм. Довжина кожного стрижня 20 мм.
Подібна схема блоків живлення з незначними змінами використовується в автомобільних підсилювачах із сумарною вихідною потужністю до 100. 120 Вт. Варіюються кількість пар вихідних транзисторів, параметри трансформатора та пристрій ланцюгів захисту. У перетворювачах напруги потужніших підсилювачів вводять зворотний зв'язок по вихідному напрузі, збільшують число вихідних транзисторів.
Для рівномірного розподілу навантаження та зменшення впливу розкиду параметрів транзисторів у трансформаторі струми потужних транзисторів розподіляють на кілька первинних обмоток. Наприклад, у перетворювачі блоку живлення автомобільного підсилювача "Lanzar 5.200" використано 20! потужних польових транзисторів, по 10 у кожному плечі. Підвищує трансформатор містить 5 первинних обмоток. До кожної з них підключено по 4 транзистори (паралельно по два у плечі). Для кращої фільтрації високочастотних перешкод біля транзисторів встановлені індивідуальні конденсатори фільтра, що згладжує, сумарною ємністю 22000 мкФ. Висновки обмоток трансформатора підключені безпосередньо до транзисторів без використання друкованих провідників.
Оскільки автомобільним підсилювачам звуку доводиться працювати у дуже тяжкому температурному режимі, для забезпечення надійної роботи в деяких конструкціях використовуються вбудовані вентилятори охолодження, що продуваютьповітря через канали тепловідведення. Управління вентиляторами здійснюється за допомогою термодатчика. Зустрічаються пристрої як з дискретним керуванням ("включено-вимкнено"), так і з плавним регулюванням швидкості обертання вентилятора.
Термістор Rt1 має тепловий контакт із корпусом підсилювача поблизу вихідних транзисторів. Напруга з термістора подано на вхід ОУ, що інвертує. Резистори R1 - R3 разом з термістором утворюють міст, конденсатор С1 запобігає помилковим спрацьовуванням захисту. При довжині проводів, якими термістор підключений до плати, близько 20 см рівень наведень блоку живлення досить великий. Через резистор R4 здійснюється позитивний зворотний зв'язок з виходу ОУ, що перетворює ОУ на пороговий елемент з гістерезисом. При нагріванні корпусу до 100 ° С опір термістора знижується до 25 кОм, компаратор спрацьовує та високим рівнем напруги на виході блокує роботу перетворювача.
Вихідні транзистори підсилювача та ключові транзистори перетворювача живлення найчастіше застосовують у пластикових корпусах, ТО-220. До тепловідведення їх кріплять або гвинтами або пружинними кліпсами. У транзисторів у металевих корпусах тепловідведення дещо краще, але оскільки встановлювати їх потрібно через спеціальні тепловідвідні прокладки, монтаж їх набагато складніший, тому використовують їх уАвтопідсилювачі значно рідко, тільки в найдорожчих моделях.