1. Параметри джерела живлення УМЗЧ

Останнім часом в аматорських конструкціях УМЗЧ все частіше розташовують випрямляч і блок конденсаторів великої ємності на платі підсилювача, зменшуючи цим довжину сполучних проводів і падіння напруги на них. Іноді від блоку живлення вимагають, щоб при включенні напруга на його виходах наростало плавно так званий м'який старт.

При виникненні різних аварійних ситуацій, наприклад, замиканні в навантаженні УМЗЧ несправності його вихідних транзисторів і інших перевантаженнях харчування УМЗЧ має бути автоматично вимкнено. Вирішити всі ці завдання дозволяє пропонований стабілізатор напруги харчування.

Параметри джерела живлення УМЗЧ

• Вихідна стабілізована напруга: 2 × 35В
• Максимальний струм навантаження кожного плеча: 9А
• Струм спрацьовування триггерной захисту: 11А
• Повний час спрацьовування захисту: 12мкс
• Час наростання вихідної напруги від нуля до номінального значення: 0,36 сек
• Розмах пульсацій частотою 100 Гц на виході стабілізатора при струмі навантаження 5 А, мкВ: 80

За основу конструкції було взято пристрій зі статті «Стабілізатор напруги харчування УМЗЧ» В. Орешкіна ( «Радіо», 1987, № 8, с. 31), схема якого показана на сайті radiochipi.ru дивіться рис. 1. Не дивлячись на простоту і високі технічні дані (коефіцієнт стабілізації більше 1000, автоматичне вимикання при замиканні виходу, можливість кріплення силових транзисторів безпосередньо на тепловідвід без прокладок), такого стабілізатора притаманні і деякі недоліки.

Він нестійкий запускається при великому струмі навантаження, а струм при замиканні виходу не нормований і залежить від коефіцієнтів передачі застосованих транзисторів, що іноді призводить до їх виходу з ладу.

За минулий час з'явилися нові електронні компоненти, стали доступні потужні польові транзистори, що і спонукало автора поекспериментувати з комп'ютерною моделлю запропонованого В. Орєшкін пристрою, яка була створена в симуляторі LTspice IV, і вдосконалити його. Народжена в результаті таких експериментів схема блоку живлення зображена на рис. 2.

Насамперед була змінена ланцюг запуску стабілізатора, а біполярні транзистори були замінені польовими. Зі схеми, представленої на рис. 1, видно, що транзистор VT2 зашунтірован резистором R3 опором 470 Ом. через який протікає початковий струм зарядки конденсатора С2. Якщо навантаження невелика, вихідна напруга починає зростати, поки стабілізатор не увійде в режим стабілізації. При струмі навантаження менше I = U вих / R3 = 19/470 = 40мА, коли транзистор VT2 практично закритий, все пульсації випрямленої напруги через резистор R3 проходять в мінусове плече.

При малому опорі навантаження струму через цей резистор може не вистачити для нормального запуску стабілізатора, він може взагалі не запуститися. У новому варіанті ланцюг запуску складається з стабілітрона VD11 і резистора R22 в одному плечі і VD12 з R23 в другому (для симетрії).

У процесі включення після досягнення значення напруги на згладжують конденсаторах С7-С10, рівного напрузі стабілізації стабілітронів VD11 і VD12, транзистори VT11.1 і VT11.2 починають відкриватися, слідом за ними відкриваються і силові транзистори VT9 і VT10.

Напруга на виході стабілізатора наростає, а напруга між витоком і стоком транзисторів VT9 і VT10 зменшується. Коли напруга на стабілітронах VD11 і VD12 опуститься нижче їх напруги стабілізації. струм через ці стабілітрони припиниться. Далі вони не впливають на роботу стабілізатора. Такий спосіб запуску надійний навіть при струмі навантаження 9 А. Мінімальний струм навантаження практично дорівнює нулю.

Вихідна напруга плюсового плеча стабілізатора дорівнює сумі напруг стабілізації стабілітронів VD13, VD15 і напруги відсічення транзистора VT 11.1, а мінусового плеча - відповідно стабилитронов VD14, VD16 і транзистора VT11.2. Для плавного запуску стабілізатора виявилося досить зашунтувати стабілітрони VD13 VD16 конденсаторами С23- С26.

Швидкість зміни вихідної напруги до початку стабілізації дорівнює швидкості наростання напруги на цих конденсаторах. При зазначених на схемі номіналах елементів час виходу стабілізатора на режим - близько 360 мс. Осцилограми процесу його запуску, отримані на комп'ютерній моделі, показані на рис. 3

Для зменшення розсіюється на транзисторах VT9 і VT10 потужності витоки транзисторів VT11.1 і VT11.2 пов'язані ні з загальним проводом, а з точками з'єднання стабілітронів і резисторів (відповідно VD15, R29 і VD16, R30). Тому потенціали витоків транзисторів VT 11.1 і VT11.2 рівні напрузі стабілізації відповідних стабилитронов (6,2В за абсолютним значенням). Це дозволяє змінювати керуючу напругу на затворах транзисторів VT9 і VT10 не до Про В, як в прототипі, а до плюс або мінус 6 В.

При цьому напруга між витоком і стоком цих транзисторів на піках пульсацій може падати до 3 В і нижче без виходу з режиму стабілізації. Сказане ілюструють отримані комп'ютерним моделюванням осцилограми на рис. 4. Зелена - напруга на початку транзистора VT10, синя - напруга на його затворі, червона - напруга на початку транзистора VT11.2 (6,2 В), блакитна - струм навантаження мінусового плеча. Видно, що напруга на затворі транзистора VT10 лежить приблизно посередині між напругою на його початку і на початку транзистора VT11.2, а іноді опускається нижче 3 В.

В стабілізатор додана триггерная захист по струму, що спрацьовує при перевищенні струмом навантаження будь-якої гілки стабілізатора значення 11 А. Вона побудована на транзисторах VT3, VT5, VT7 в плюсовом плечі і VT4, VT6, VT8 - в мінусовому. Датчиками струму служать резистори R11 -R14, з'єднані попарно паралельно. Захист спрацьовує при падінні напруги на будь-який з пар резисторів більше 0,5 ... 0,6 В, що відповідає поточному через них струму 11 ... 12 А. Після досягнення цього порогу лавиноподібно відкриваються транзистори тригерних осередків VT3VT5 або VT4VT6 і відповідно транзистори VT7 і VT8. Останні, відкрившись, шунтируют стабілітрони VD13 і VD14, різко знижуючи цим вихідна напруга.

Резистори R21 і R24 обмежують струм колектора транзисторів при розрядці конденсаторів, включених паралельно стабілітрон. Світлодіоди HL1 і HL2 в базових колах транзисторів VT7 і VT8 сигналізують про спрацьовування захисту. Струм через них при цьому не перевищує 6 мА.Конденсатори С19 і С20 спільно з резисторами R17 і R18 утворюють фільтри нижніх частот, що підвищують стійкість системи захисту. Збільшувати номінали цих конденсаторів понад 4700 пФ небажано, оскільки це збільшить час спрацьовування захисту і пікові струми через транзистори VT9 і VT10. Щоб захист спрацьовувала одночасно в обох плечах стабілізатора, передбачений зв'язок між тригерними осередками через конденсатори С21 і С22.

Після спрацьовування захисту транзистори VT9 і VT10 залишаються закритими до відключення пристрою від мережі живлення. Транзистори тригерних осередків закриються, а світлодіоди HL1 і HL2 згаснуть лише після розрядки згладжують конденсаторів С7-С10. Залишається одна проблема - забезпечити швидку розрядку згладжують конденсаторів після відключення. Її вирішують вузли на транзисторах VT1 і VT2, однакові в обох каналах. Тому розглянемо тільки вузол, встановлений в плюсовом каналі.

При включенні пристрою в мережу конденсатор С17 заряджається через діод VD9 до напруги, приблизно рівного амплітуді напруги, що надходить з обмотки II трансформатора Т1. Конденсатор С15 заряджається через резистор R5 і розряджається через діоди VD3, VD4 і діодний міст VD1. Потенціал затвора транзистора VT1 стає рівним потенціалу його витоку або навіть трохи нижче, тому транзистор закритий. Закрите стан транзистора VT1 зберігається протягом усього часу, поки подано напруга живлення.

Після його виключення діоди VD3 і VD4 закриваються. Напруга затвор-витік транзистора завдяки резистору R5 зростає до напруги стабілізації стабілітрона VD7. Відкрившись, транзистор VT1 підключає резистори R3 і R7 паралельно конденсаторів С7 і С8, прискорюючи їх розрядку. Тривалість розрядки скорочується до 10 ... 20 с при піковому значенні розрядного струму 780 мА, цілком допустимого для використовуваних транзисторів.

Автор