Контроллер УМЗЧ

Мы привыкли, что в источниках питания, даже уже и не особо мощных, присутствует PFC (Power Factor Correction) или ККМ (корректор коэффициента мощности). Но часто забывается о другой штуке, которая тоже достаточно необходима в источниках питания. Однако для электронного оборудования, которое обладает приличной мощностью, является правилом хорошего тона делать плавный старт. Даже больше - это порой просто необходимо. Все когда нибудь видели, как при включении какого нибудь устройства мигает свет. И очевидно, что ничего хорошего это не несёт.

Для очередного своего Pet-project, а именно усилителя в классе А, мне потребовалось сделать достаточно мощный блок питания, с серьёзными ёмкостями по питанию. Что бы свет у меня при включении не моргал, я решил сделать плавный старт. Но в процессе разработки, блок перерос в нечто большее. Назову его: Контроллер УМЗЧ.

О моём УМЗЧ, что бы было понятно где этот блок будет использоваться.

Во времена учёбы в школе собирал для дома усилитель в классе "А" по схеме Джона Линсли-Худа, версии 2005 года с двухполярным питанием. Она же - легендарный JLH. Усилитель послушал и забросил, так как собрать в корпус руки не дошли. Спустя годы захотелось собрать этот музыкальный обогреватель в корпус и периодически слушать с него музыку. На момент конструирования корпуса у меня были две платы самого усилителя, дополненные защитой АС, трансформатор питания, электролиты для блока питания и большие радиаторы. Составил структурную схему усилителя. Схема составлялась медленно, поэтому периодически пополнялась разными блоками.

Жёлтым выделены блоки, которые являются связью усилителя с внешним миром и установлены на его корпусе.

Зелёные: JLH Left и JLH Right - два канала самого усилителя, потом два блока защиты АС, далее два блока логарифмических усилителя для стрелочных индикаторов. Сверху зелёные блоки - схема питания.

В реальности усилитель приобрёл ещё некоторые фишки, расскажу в отдельной статье.

А сейчас рассказ о плате, которая выполняет функции блоков, выделенных на схеме розовым цветом.

О плавном старте УМЗЧ и дополнительных функциях блока.

Есть несколько вариантов как реализовать плавное включение и заряд мощных электролитов в моём усилителе. Один очевидный, как делают все - подавать сетевое напряжение на трансформатор через резистор, и потом, когда ёмкости зарядились, шунтировать его реле. Не очевидный вариант - в цепи после выпрямительного диодного моста сделать схему плавного заряда конденсаторов. Так как это делаю для себя и особо нет смысла экономить, то решил поиграться и реализовать все варианты, а потом сравнить их. Первый вариант имеет явное преимущество - пусковой ток трансформатора тоже будет ограничен резистором.

В этой статье будет описан про плавный старт, который установлен по входу питания усилителя.

Так как блок самого усилителя с защитой акустики у меня уже собран и настроен, трансформатор и ёмкости по питанию уже подобраны, мне оставалось собрать это в какой-то корпус. И на этом этапе я решил подумать что бы мне хотелось ещё видеть в моём усилителе. Захотелось сделать стрелочные индикаторы. Захотелось сделать несколько схем плавного заряда мощных электролитов и сравнить их. Посчитал полезным сделать защиту от перегрева, всё же А-класс - это обогреватель. Решил реализовать включение по кнопке без фиксации. И давно хотелось сделать включение по USB, когда телевизор, или другой источник звука включается, что бы и усилитель запускался сразу.

Фиксация кнопки.

Чтобы реализовать включение по кнопке без фиксации я решил взять применяемую мною схему на D-триггере. И понимая, что ещё нужно сделать включение по USB, я решил, что в моём усилителе, как и во многих профессиональных, будет отдельный источник дежурного питания, который будет всегда включен, но потреблять будет очень мало, не более умной розетки или лампочки.

Вот такая схема для "фиксации" кнопки:

C11 и C12 в реальности нужно ставить сильно меньшей ёмкости. И только один из них, на выбор. Триггер можно использовать любой, просто у меня под рукой оказалась советская микросхема. Схема работает так, что нажатие кнопки является тактовым сигналом, а установка происходит через инверсный выход триггера. Таким образом происходит изменение состояния триггера при каждом нажатии на кнопку.

Так как не будет силового переключателя, а только тактовая кнопка и блок логики, придётся для плавного старта чем-то подключать резистор плавного старта к трансформатору, и уже после этого его шунтировать с помощью реле. Сейчас расскажу как это реализовал.

Дежурное питание и soft-start.

Так как изделие единичное, я решил его делать максимально из того, что найдётся дома.

Малопотребляющий сетевой трансформатор ТПК стал источником питания для всей платы. После него классический выпрямитель.

Soft Start реализовал так: твердотельное реле подаёт напряжение на нагрузку через резисторы. А реле K2 должно спустя некоторое время, зашунтировать резисторы и твердотельное реле. Схема задержки будет приведена чуть позже. На общей схеме логики.

Защита от перегрева.

Так как усилитель обещал быть большим и тёплым, тяжело было бы через одну точку отследить его перегрев и среагировать. Посчитал сколько зон хочется контролировать, их оказалось пять. Порог перегрева решил задать одинаковый на все 5 зон. Получается, что мне необходимо иметь компаратор с 5 входами для датчиков и одним пороговым. Тут много вариантов как это реализовать. Взять 5 отдельных компараторов, взять 2 сдвоенных и одинарный. Взять счетверённый и одинарный и тд и тп. Так как это скучно, я решил сделать компаратор на транзисторах под мои требования,то есть с 5 входами и одним пороговым.

Так как задача этого компаратора отключить питание усилителя при превышении температуры +- два локтя по карте градусов, то за его особой точностью я не гнался и не усложнял схему прочими улучшающими её блоками.

Схема простейшая как сама так и в настройке. Здесь подстроечным резистором R38 задаётся порог срабатывания схемы, на VT6 и VT7 происходит сравнение, VT8 - инвертирует сигнал выхода.

Включение по USB.

Предвкушал сложность реализации включения устройства по USB но эта часть оказалась максимально простой. Все мои источники, когда они выключены, не выдают питание на порт USB и начинают подавать на него 5 В только когда включены. Это решило много потенциальных проблем.

Финальная схема блока контроля выглядит так:

На транзисторах VT2, VT3 и VT1, VT4 реализованы элементы И, которые включают устройство только когда защита от перегрева разрешает это и наоборот, позволяют защите выключить питание усилителю, VT3, VT4 отвечают за это.

R30, C13 отвечают за задержку замыкания контактов реле К2. Это и есть плавный старт.

На схеме красным указаны доработки, которые я внёс в процессе отладки устройства.

Эти пара диодов и резисторов обеспечивают правильное отключение реле, правильную разрядку конденсаторов. То есть обратное логике включения: сначала отключается электромеханическое реле, а следом за ним симистор. Это нужно для сохранения контактов механического реле.

Реализация в железе.

Для начала мне захотелось отладить компаратор. Хотя схема и простая, хотелось посмотреть как поведёт себя на тех транзисторах, которые у меня лежат пару десятков лет в спичечных коробках.

Компаратор заработал и я довольный приступил к разработке платы.

Печатная плата

Как писал выше, решил собирать из имеющихся дома компонентов. Плата компоновалась исключительно из них. Тут некоторые могут поностальгировать, пустив скупую слезу радиолюбителя глядя на КТ315.

Разумеется, плата трассировалась в один слой, для изготовления ЛУТом. Тогда я ещё экономил на заказе плат даже в Китае. Но тут два слоя и не требуется. Компоненты прекрасно располагают к односторонней плате.

Не помню сколько времени я тогда потратил на это, наверное вечер ушёл. И итогом стал вот такой блок:

Изготовлением плат с помощью утюга и бумажки я достаточно не плохо владел. В общем за вечер получил вполне себе сносную плату.

Для тех кто не знает как это делается, лучше посмотреть на этом же сайте, многие уже описывали этот метод изготовления плат (ЛУТ). Если в двух словах: на лазерном принтере печатается рисунок платы, фольга на текстолите зачищается и обезжиривается, с помощью утюга тонер переводится на медную фольгу, в тазике с тёплой водой растворяется бумага и аккуратно скатывается с платы пальцем так, что бы тонер остался на плате.

Я потом травил в хлорном железе. Пробовал азотку - не понравилось, едковато..

Ну и естественно потом плата сверлится, лудится и ещё раз отмывается.

Монтаж и пуско-наладка

Монтаж был произведён не помню как, совершенно вылетело из головы. Думаю, тоже не много времени он у меня отнял.

На фото блок в процессе отладки. Временно терморезисторы (вот эти самые странные пять болтиков на ножках) припаял непосредственно в плату.

В процессе отладки обнаружил, что совершенно не подумал о том, что реле плавного старта стоило бы в обратной последовательности отключать. Тут и родилась та самая доработка, нарисованная красным на схеме. На блоке она выглядит так:

И здесь же я обнаружил и исправил ошибку в распиновке D-триггера (можно увидеть две перемычки слева в углу).

После этих доработок работа блока меня удовлетворила и он был готов к установке в усилитель. А я начал разбираться как реализуются стрелочные индикаторы в усилителях звука.

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.

0%Да0

0%Нет0

Никто еще не голосовал. Воздержавшихся нет.

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.