М'яке включення підсилювача. Плавне увімкнення підсилювача потужності. Схема із транзисторним ключем

Однією з найважливіших проблем, що виникають під час конструювання радіоапаратури, є забезпечення її надійності. В основі вирішення цієї проблеми лежать оптимальний розрахунок конструкції апарату та гарне налагодження при його виготовленні. Однак навіть у оптимально розрахованому та налагодженому апараті завжди залишається небезпека виходу його з ладу в момент включення мережного живлення. Найбільша ця небезпека для апаратури з високим енергоспоживанням - підсилювачем потужності звукової частоти (УМЗЧ).

Справа в тому, що в момент включення мережного живлення елементи блоку живлення УМЗЧ зазнають значних імпульсних навантажень по струму. Наявність у фільтрах випрямлячів розряджених оксидних конденсаторів великої ємності (до десятків тисяч мікрофарад) викликає у момент включення живлення практично коротке замикання виходу випрямляча.

При напрузі живлення 45 і ємності фільтруючого конденсатора 10000 мкФ струм зарядки такого конденсатора в момент включення живлення може досягати 12 А. Практично в цей момент трансформатор блоку живлення працює в режимі короткого замикання. Тривалість зазначеного процесу невелика, проте цілком достатня за певних умов для виведення з ладу як трансформатора живлення, так і діодів випрямляча.

Крім блоку живлення, і сам УМЗЧ у момент включення живлення зазнає значних навантажень. Вони викликані нестаціонарними процесами, що виникають у ньому, через встановлення режимів активних елементів за струмом і напругою і сповільненого включення в роботу вбудованих систем зворотних зв'язків. І чим вища номінальна напруга живлення УМЗЧ, тим більша амплітуда таких перевантажень і відповідно вища ймовірність виникнення пошкоджень елементів підсилювача.

Звісно, ​​й раніше робилися спроби захистити УМЗЧ від перевантажень під час включення харчування. Було запропоновано пристрій, що захищав підсилювач від перевантажень, виконаний у вигляді потужного двополярного стабілізатора напруги живлення, який при включенні в перший момент подавав на підсилювач напруга ±10 В, а потім поступово підвищував його до номінального значення ±32 В. На думку автора цього пристрою, воно дозволило суттєво покращити надійність роботи УМЗЧ та відмовитися від використання в ньому традиційних систем захисту акустичних системвід перевантажень при включенні живлення.

При безперечних перевагах цього пристрою у нього є й недоліки - пристрій захищало тільки УМЗЧ, але залишало без захисту його блок живлення, через складність власної конструкції саме по собі було ненадійним.

До вашої уваги пропонується простий і надійний пристрій "м'якого" включення живлення УМЗЧ, що захищає від перевантажень як сам УМЗЧ, так і його блок живлення. Воно доступне для виготовлення навіть початківцю радіоконструктору і може бути використане як при розробці нових зразків радіоапаратури, так і при модернізації існуючих, у тому числі промислового виготовлення.

Принцип роботи

Принцип роботи пристрою полягає у двоступінчастій подачі напруги живлення на первинну обмотку трансформатора блоку живлення УМЗЧ. У ланцюг первинної обмотки трансформатора блоку живлення послідовно включений потужний баластний резистор (рис.1). Величина його опору розрахована відповідно до габаритної потужності трансформатора таким чином, щоб при включенні напруга змінного струму на первинній обмотці становила приблизно половину напруги мережі.

Тоді в момент включення відповідно вдвічі буде менше і змінна напруга вторинних обмоток трансформатор, і напруга живлення УМЗЧ. За рахунок цього різко зменшуються амплітуди імпульсів струму та напруги на елементах випрямляча та УМЗЧ. Нестаціонарні процеси при зниженій напрузі харчування протікають значно «м'якше».

Потім через кілька секунд після включення живлення баластний резистор R1 замикається контактною групою К1.1 і первинну обмотку трансформатора живлення подається повна напруга мережі. Відповідно, відновлюються до номінальних значень напруги блока живлення.

До цього часу конденсатори фільтрів випрямляча вже заряджені до половини штатної напруги, що унеможливлює виникнення потужних імпульсів струму через вторинні обмотки трансформатора і діоди випрямляча. В УМЗЧ до цього часу нестаціонарні процеси теж закінчені, включені системи зворотних зв'язків, і подача повної напруги живлення будь-яких перевантажень в УМЗЧ не викликає.

При відключенні живлення контакти К1.1 розмикаються, баластний резистор знову виявляється підключеним послідовно з первинною обмоткою трансформатора і весь цикл може бути повторений. Сам пристрій "м'якого" включення живлення складається з безтрансформаторного блоку живлення, таймера, навантаженого на електромагнітне реле. Конструкція пристрою та режими його елементів вибрано з урахуванням максимального запасу надійності в експлуатації. Схема його наведено на рис. 1.

При подачі на блок живлення УМЗЧ вимикачем SB1 напруги мережі через струмообмежуючі елементи R2 і С2 одночасно воно подається на випрямляч мостової, зібраний на діодах VD1 - VD4. Випрямлену напругу фільтрується конденсатором СЗ, обмежується стабілітроном VD5 до величини 36В і подається на таймер, виконаний на транзисторі VT1. Протікає через резистори R4 і R5 струм заряджає конденсатор С4, по досягненню на ньому напруги приблизно 1,5 транзистор VT1 переходить у відкритий стан - реле К1 спрацьовує і контактами К1.1 шунтує баластовий резистор R1.

Деталі

У конструкції пристрою використано герметичне електромагнітне реле РЕНЗЗ виконання РФ4.510.021 з робочою напругою 27 і струмом спрацьовування 75 мА. Можливе використання інших типів реле, що допускають комутування індуктивного навантаження змінного струму частотою 50 Гц не менше 2 А, наприклад, РЕН18, РЕН19, РЕН34.

Як VT1 використаний транзистор з великим значенням параметра коефіцієнта передачі струму - КТ972А. Можливе застосування транзистора КТ972Б. За відсутності зазначених транзистори підійдуть транзистори зі структурою провідності р-n-р, наприклад, КТ853А, КТ853Б, КТ973А, КТ973Б, але тільки в цьому випадку полярність всіх діодів та конденсаторів даного пристроюслід змінити на протилежну.

За відсутності транзисторів з великим коефіцієнтом передачі струму можна використовувати схему складеного транзистора із двох транзисторів за схемою, наведеною на рис. 2. Як VT1 в цій схемі застосовні будь-які кремнієві транзистори з допустимою напругою колектор-емітер не менше 45 В і досить великим коефіцієнтом посилення струму, наприклад, типів КТ5ОЗГ, КТ3102Б. Як транзистори VT2 - транзистори середньої потужності з такими ж параметрами, наприклад, КТ815В, КТ815Г, КТ817В, КТ817Г або аналогічні їм. Підключення варіанта складеного транзистора здійснюється в точках А-Б-Восновна схема пристрою.

Крім діодів КД226Д, у пристрої можна використовувати діоди КД226Г, КД105Б, КД105Г. Як конденсатор С2 застосований конденсатор типу МБГО з робочою напругою не менше 400 В. Параметри струмообмежуючого ланцюга R2C2 забезпечують максимальний змінний струм приблизно 145 мА, що цілком достатньо, коли застосовується електромагнітне реле зі спрацьовуванням 75 мА.

Для реле зі струмом спрацьовування 130 мА (РЕН29) ємність конденсатора С2 потрібно збільшити до 4 мкФ. При використанні реле типу РЕН34 (струм спрацьовування 40 мА) достатньо ємності 1 мкФ. У всіх варіантах зміни ємності конденсатора його робоча напруга повинна становити не менше 400 В. Крім металобпалювальних конденсаторів, непогані результати можуть бути отримані при використанні металоплівкових конденсаторів типів К73-11, К73-17, К73-21 і т.д.

Як баластний резистор R1 застосований засклений дротяний резистор ПЕВ-25. Зазначена номінальна потужність резистора розрахована для використання разом із трансформатором живлення, що має габаритну потужність близько 400 Вт. Для іншого значення габаритної потужності та половинної напруги першого ступеня опір резистора R1 може бути перерахований за формулою:

R1 (Ом) = 48400/Раб (Вт).

Налаштування

Регулювання пристрою зводиться до встановлення часу спрацьовування таймера для затримки увімкнення роботи другого ступеня. Це можна зробити підбором ємності конденсатора С5 тому доцільно його скласти з двох конденсаторів, що полегшить процес регулювання.

Примітка: В авторському варіанті пристрою в ланцюзі живлення відсутня плавка вставка (запобіжник). У номінальному режимі роботи вона, звичайно, не потрібна. Але завжди можуть виникнути позаштатні аварійні ситуації — короткі замикання, пробої елементів та інших. т.к. автор і сам аргументує необхідність використання своєї конструкції саме такою ситуацією, тоді роль захисного елемента бере він резистор R2, він розігрівається і згоряє.

Застосування плавки вставки при аварійних ситуаціях цілком виправдане. Вона дешевша, її простіше придбати і час спрацьовування настільки менший, що інші елементи не встигають розігрітися і завдати якоїсь додаткової шкоди. Ну і нарешті, це загальноприйнятий, відпрацьований багато разів перевірений спосіб захисту пристроїв можливих наслідківнесправності апаратури.

Література:

1. Сухов Н. УМЗЛ високої вірності. - Радіо, 1989, № 6, 7.
2. Кльцов В. Підсилювач НЧ з малими спотвореннями. - Радіо, 1983, № 7, с. 51-53; 1984 № 2, с. 63-64.

Цей простий пристрій дозволяє підвищити надійність вашої радіоапаратури та зменшити перешкоди в мережі під час включення.

Будь-який блок живлення радіоапаратури містить випрямні діоди та конденсатори великої ємності. У початковий момент включення мережного живлення відбувається імпульсний стрибок струму - поки заряд ємностей фільтра. Амплітуда імпульсу струму залежить від величини ємності та напруги на виході випрямляча. Так, при напрузі 45 і ємності 10000 мкФ струм зарядки такого конденсатора може скласти 12 А. При цьому трансформатор і випрямні діоди короткочасно працюють в режимі короткого замикання.

Для усунення небезпеки виходу цих елементів з ладу шляхом зменшення кидка струму в момент початкового включення і служить на рис. 1.7 Схема. Вона також дозволяє полегшити режими та інших елементів підсилювача на час перехідних процесів.

Рис. 1.7

У початковий момент, коли подано харчування, конденсатори С2 і СЗ заряджатимуться через резистори R2 і R3 - вони обмежують струм до безпечного для деталей випрямляча значення.

Через 1...2 секунди, після того як зарядиться конденсатор С1 і напруга на реле К1 зросте до величини, при якій воно спрацює і своїми контактами К1.1 і К1.2 зашунтує обмежувальні резистори R2, R3.

У пристрої можна використовувати будь-яке реле з напругою спрацьовування меншим, ніж діє на виході випрямляча, а резистор R1 підбирається таким, щоб на ньому падала "зайва" напруга. Контакти реле повинні бути розраховані на максимальний струм, що діє в ланцюгах живлення підсилювача. У схемі застосовано реле РЕМ47 РФ4.500.407-00 (РФ4.500.407-07 або ін.) з номінальною робочою напругою 27 В (опір обмотки 650 Ом; струм, що комутується контактами, може бути до 3 А). Фактично реле спрацьовує вже при 16...17, а резистор R1 обраний величиною 1 кОм, при цьому напруга на реле буде 19...20 В.

Конденсатор С1 типу К50-29-25 або К50-35-25В. Резистори R1 типу МЛТ-2, R2 та R3 типу С5-35В-10 (ПЕВ-10) або аналогічні. Величина номіналів резисторів R2, R3 залежить від струму навантаження і їх опір може бути значно зменшено.

Рис. 1.8

Друга схема, наведена на рис. 1.8, виконує ту ж саму задачу, але дозволяє зменшити габарити пристрою за рахунок використання конденсатора С1, що час задає, меншої ємності. Транзистор VT1 включає реле К1 із затримкою, після того як зарядиться конденсатор С1 (типу К53-1А). Схема дозволяє замість комутації вторинних ланцюгів забезпечувати ступінчасту подачу напруги на первинну обмотку. У цьому випадку можна використовувати реле лише з однією групою контактів.

Величина опору R1 (ПЕВ-25) залежить від потужності навантаження і вибирається такою, щоб напруга у вторинній обмотці трансформатора становила 70 відсотків від номінального значення при включеному резистори (47...300 Ом).

Налаштування схеми полягає у встановленні часу затримки включення реле підбором номіналу резистора R2, а також виборі R1.

Наведені схеми можна використовувати при виготовленні нового підсилювача або модернізації вже існуючих, у тому числі і промислового виготовлення.

У порівнянні з аналогічними за призначенням пристроями для двоступеневої подачі напруги живлення, наведеними в різних журналах, описані тут найпростіші.

При включенні блоків живлення підсилювачів, лабораторних та інших БП в мережі виникає перешкода, викликана пусковими струмами трансформаторів, струмами заряду електролітичних конденсаторів і стартом пристроїв, що самих живляться. Зовні ця перешкода проявляється як "моргання" світла, клацання та іскри в мережевих розетках, а електрично - це просідання мережевої напруги, яка може призвести до збою і нестабільній роботіінших пристроїв, які живляться від тієї ж мережі. Крім того, ці пускові струми спричиняють обгорання контактів вимикачів, мережевих розеток. Ще один негативний вплив пускового струму - випрямні діоди при такому старті працюють при струмовому навантаженні і можуть вийти з ладу. Наприклад, кидок струму заряду конденсатора 10000мкФ 50В може досягати 10 і більше ампер. Якщо діодний міст не розрахований такий струм, такі умови роботи можуть вивести міст з ладу. Особливо сильно пускові струми помітні за потужності понад 50-100Вт. Для таких блоків живлення пропонуємо влаштування плавного пуску.

При включенні до мережі блок живлення стартує через струмообмежувальний резистор R4. Через деякий час, необхідний для його старту, заряду конденсаторів і запуску навантаження, резистор шунтується контактами реле і блок живлення виводиться на повну потужність. Час увімкнення визначається ємністю конденсатора C2. Елементи C1D1C2D2 є безтрансформаторним джерелом живлення для схеми управління реле. Стабілітрон D2 грає суто захисну роль, і при справній схемі управління може бути відсутнім. Реле BS-115C-12V, використане в схемі, може бути замінено на будь-яке інше реле зі струмом контактів не менше 10А, з підбором стабілітронів, конденсатора C1 і вибором транзистора VT1 на напругу, більшу напругу спрацьовування реле. Стабілітрон D3 забезпечує гістерезис між напругою включеного та вимкненого реле. Інакше кажучи, реле включиться різко, а чи не плавно.

Конденсатор C1 визначає струм увімкнення реле. У разі недостатнього струму ємність конденсатора необхідно збільшити (0,47...1мкФ 400...630В). В захисних цілях конденсатор бажано обмотати ізолентою або надіти на нього термозбіжну трубку. Запобіжники вибираються на дворазовий номінальний струм БП. Наприклад, для блоку живлення 100Вт запобіжники повинні бути струм 2*(220/100)=5А. При необхідності схему можна доповнити мережевим симетричним/несиметричним фільтром, увімкненим після запобіжників. З'єднання з корпусом, що є на схемі, можна розцінювати тільки як загальний провід для підключення тестера. У жодному разі не можна його з'єднувати з шасі пристрою, виводити його на загальні дроти мережевих фільтрів та ін.

Плавний пуск імпульсного джерела живлення запобігає силовим ключам від великих струмів при запуску. Великі пускові струми з'являються під час запуску внаслідок заряду ємностей. Причому що більше потужність джерела живлення, то більше в нього ємності.

Якщо послідовно джерелу живлення включити в коло лампу напругою 220В змінного струму, то при включенні ІІП в мережу лампа спалахне і згасне. Лампа спалахує через те, що в ІІП виникають великі струми при заряді електролітів, грубо кажучи, ці струми прагнуть струму короткого замикання, а опір зменшується. Після завершення перехідних процесів струми зменшуються і лампа гасне.

Якщо в ІІП виникне коротке замикання, то лампа постійно горітиме.

Суть над лампі. Лампа наочно дозволяє побачити струми, що протікають при зарядці електролітів, а також дозволяє обмежити ці струми, розсіюючи потужність у вигляді тепла.

Пристрій плавного пуску ІІП схоже на лампу, тільки відмінність у тому, що ця “лампа” вмикається в ланцюг на частки секунди, і розсіює деяку потужність під час перехідного процесу, а потім вимикається з ланцюга.

Схема плавного пуску ІІП

Як ви бачите за схемою, роль лампи виконують два послідовно з'єднані резистори R5 і R6. Потужність цих резисторів 2 Вт. Після завершення перехідних процесів (частки секунди) спрацьовує реле k1, шунтуючи резистори R5 і R6 своїми контактами, після чого весь споживаний струм ІІП протікає через контакти реле.

Для збільшення часу затримки необхідно збільшити ємність конденсатора C3.

Реле необхідно використовувати з котушкою, розрахованою на напругу 12В і струм 30-40мА (опір котушки = 400 Ом), контактна група повинна бути розрахована на струм 10А.

Запобіжник F1 необов'язково 3.15А, його ви підбираєте залежно від потужності джерела живлення плавного пуску ІІП, що підключається до виходу пристрою.

За транзистором VT1, у мене стоїть BD139, можна використовувати BD140, BD875, КТ972. Транзистор складовий.

АРХІВ:

Схема плавного пуску забезпечує затримку близько 2 секунд, що дозволяє плавно зарядити конденсатори. більшої ємностібез стрибків напруги та моргання лампочки будинку. Струм заряду обмежений величиною: I=220/R5+R6+Rt.
де Rt - опір первинної обмотки трансформатора постійному струму, Ом.
Опір резисторів R5, R6 можна приймати від 15 до 33 Ом. Менше – не ефективно, а більше – збільшується нагрівання резисторів. З номіналами вказаними на схемі, максимальний пусковий струм буде обмежений приблизно: I=220/44+(3...8)=4.2...4.2А.

Основні питання, що виникають у новачків при складанні:

1. На яку напругу ставити електроліти?
Напруга електролітів вказано на друкованій платі- це 16 та 25В.

2. На яку напругу ставити не полярний конденсатор?
Напруга його також зазначено на друкованій платі - це 630В (допускається 400В).

3. Які транзистори можна застосувати замість BD875?
КТ972 з будь-яким буквеним індексом або BDX53.

4. Чи можна використовувати замість BD875 не складений транзистор?
Можна, але краще пошукати саме складовий транзистор.

5. Яке реле потрібно використовувати?
Реле повинно мати котушку на 12В зі струмом не більше 40мА, а краще 30мА. Контакти мають бути розраховані струм не менше 5А.

6. Як збільшити час затримки?
Для цього необхідно збільшити ємність конденсатора С3.

7. Чи можна застосовувати реле з іншою напругою котушки, наприклад 24В?
Не можна схема працювати не буде.

8. Зібрав - не працює
Значить, це твоя помилка. Схема зібрана на справних деталях починає працювати відразу і не вимагає налаштування та підбору елементів.

9. На платі є запобіжник, який струм його застосовувати?
Струм запобіжника рекомендую розраховувати так: Iп=(Pбп/220)*1.5. Отримане значення округляємо у бік найближчого номіналу запобіжника.

Обговорення статті на форумі:

Список радіоелементів