Стабилизированное питание УМЗЧ

[Yauhen]

Предлагаю к обсуждению тему «Стабилизированное питание УМЗЧ: плюсы и минусы, варианты реализации». Особо приветствуется мнение профессионалов-разработчиков, но с уважением выслушаю любые мнения.

[bukvarev]

Посмотрел тут на "стабилизатор Лазертока".
Хоть он и не годится для малошумящих применений, тем не менее, "жесткое" снятие сигнала обратной связи позволяет сделать большую глубину ОООС и отличный коэффициент подавления пульсаций входного напряжения при малом количестве транзисторов.
Попробовал упростить схемку, сохранив идею "жесткого" снятия сигнала обратной связи.
Ниже показаны картинки оригинала, предложения и сравнение частотных зависимостей подавления пульсаций (синий - предложение).
Получилось улучшение в подавлении до 16 дБ.
Обе схемы при работе на чисто емкостную нагрузку неустойчивы, поэтому на схеме нарисован ESR нагрузки, 50 мОм.
При выборе режима в предлагаемой схеме можно отказаться от цепи коррекции C6R19. Диод D8 обеспечивает питание источника тока после старта, снижая проникновение входных пульсаций в цепь регулирования.
В общем, в похожем направлении, имхо, можно попробовать поэкспериментировать. Это я так набросал, для размышлений, вдруг у кого идеи появятся.


И, наконец, самый упрощенный вариант. У него подавление, конечно, похуже. Но даже 90 дБ+ на 100 Гц - это тоже очень хорошо.
Лучше типовых мощных интегральников (например, LT1083).

[Nik_Z]

А плавный пуск нельзя в них встроить? Особенно в упрощенный.

[bukvarev]

А плавный пуск нельзя в них встроить? Особенно в упрощенный.

Неудобно, потому что опора и выходное напряжение задается не делителем, а стабилитронами.
Но компромиссный вариант можно сделать, используя ограничение не выходного напряжения, а тока. Например, такой:

Конденсатор C1 совместно с выходным задает время старта. При указанных на схеме значениях это время около 1 мс.
Если нужно большее время, требуется увеличивать C1. Например, поставить мелкий электролит 10 мкФ х 16 В.
Диод D1 разряжает конденсатор С1 после снятия питания и снижения входного напряжения.
Недостаток схемки - перед повторным пуском нужно полностью разрядить C1.

[Nik_Z]

А нельзя зашунтировать D5,D6 конденсатором ?

[bukvarev]

А нельзя зашунтировать D5,D6 конденсатором ?

Можно.
И там тоже понадобится "разрядный" диод параллельно R5. И емкость потребуется не маленькая, от 1 мкФ. И высоковольтная.

[dortonyan]

И, наконец, самый упрощенный вариант. У него подавление, конечно, похуже. Но даже 90 дБ+ на 100 Гц - это тоже очень хорошо.
Лучше типовых мощных интегральников (например, LT1083).

Класс.
Хорошо бы еще схему защитного отключения добавить. По идее можно триггером на паре транзисторов, включенном между базами Q10 и комплементарным ему транзистором в другом плече?

[bukvarev]

А нельзя зашунтировать D5,D6 конденсатором ?

Сперва я пожалел базу мелкого таннзистора, сейчас подумал, что в пожалуй, шунтировать стабилитрон будет лучше. Эта емкость заряжается постоянным током около 2 мА, и цепь ооос будет замкнута. При 1 мкФ будет скорость нарастания 2 КВ/с, или 2 В/мс. Но защитный диод все равно понадобится. Завтра в симуляторе проверю.

---------- Сообщение добавлено 01:18 ---------- Предыдущее сообщение было 01:16 ----------

Класс.
Хорошо бы еще схему защитного отключения добавить. По идее можно триггером на паре транзисторов, включенном между базами Q10 и комплементарным ему транзистором в другом плече?

Да, можно приколхозить что- нибудь, затыкающее источник тока. Несколькими постами выше была большая схема с управлением, можно по ее образу защиту сделать, закрывая Q2. Или еще как. Тут вариантов несколько, нужно выбрать самый простой

[tomtit]

Можно.
И там тоже понадобится "разрядный" диод параллельно R5. И емкость потребуется не маленькая, от 1 мкФ. И высоковольтная.

И не забудьте про эффект какого-то грека, забыл фамилию. Иначе понадобится ведро МОСФЕТов.
У меня 60А транзисторы сгорали как спички при небыстром заряде 1мкф конденсатора до 50В в подобной схеме.
Этот эффект очень сильно зависит от конкретного ФЕТа. Наиболее подвержены ему супер-пупер N-канальные ключевые приборы. Но есть и такие, что выдерживают 1000В и 2А одновременно, но дорогие.

[bukvarev]

И не забудьте про эффект какого-то грека, забыл фамилию. Иначе понадобится ведро МОСФЕТов.
У меня 60А транзисторы сгорали как спички при небыстром заряде 1мкф конденсатора до 50В в подобной схеме.
Этот эффект очень сильно зависит от конкретного ФЕТа. Наиболее подвержены ему супер-пупер N-канальные ключевые приборы. Но есть и такие, что выдерживают 1000В и 2А одновременно, но дорогие.

Да, Спирито. Я бы вообще не стал ставить инерционные цепи, и так не делаю. Пусть на выходе напряжение повторяет заряд входных банок. Просто спросили... А защита от перегрузки - полезная фишка.
Ну, это уже дело хозяйское, ставить или нет. Зависит и от типа полевиков. Если в момент пуска нагрузка чисто емкостная, то при очень медленном заряде ничего не произойдет. Только далеко не все усилители имеют задержку включения или что-то подобное. И тогда можно словить фейерверк.

---------- Сообщение добавлено 01:50 ---------- Предыдущее сообщение было 01:27 ----------

Еще, в качестве дополнения. Похоже, защитный стабилитрон в цепи затвора полевика не нужен. Максимальный ток Q2 - 2,5 мА. При таком токе напряжение "з-и" не превысит 15 В. Поэтому возможна еще минус одна деталька.

---------- Сообщение добавлено 09:21 ---------- Предыдущее сообщение было 01:50 ----------

Еще подумалось. Там, где напряжения ниже 40В, и не требуется высокая температурная стабильность, вместо стабилитрона можно поставить TL431. У нее шумы на 50 дБ меньше, чем у стабилитрона, а дифф. сопротивление ниже. Тогда можно будет получить уже относительно малый шум (40 нВ/корень Гц*корень из полосы*Uвых/2,5В), и еще лучшее подавление пульсаций.
Также можно наколхозить плавный пуск с использованием маленького конденсатора.

В симуляторе проверил. Вариант с конденсатором, который лучше, чем предыдущий:

При плавном пуске при отсутствии нагрузки, напряжение на выходе растет линейно, ток при этом постоянный.
Его можно оценить по формуле:
Iвых=Свых/Cпуск*2e-3, где Cпуск - емкость параллельно стабилитронам, Свых - емкость нагрузки. Например, при емкости 0,1 мкФ и 100 мкФ ток будет 2 А, а при 1 и 100 мкФ - 0,2 А.
Время запуска - Cпуск/2e-3*Uвых_ном. Например, для Cпуск = 1 мкФ и Uвых_ном = 60В время запуска будет 0,03 секунды.
По этим данным можно оценить, взорвется ли полевик, и если что, выбрать подходящие значения емкостей.

---------- Сообщение добавлено 22:09 ---------- Предыдущее сообщение было 09:21 ----------

Вот обкатанная схема на все необходимые напряжения:
Вложение 427832

В этой схеме на транзистрах VT1 VT2 выполнена схема быстрого разряда банок при снятии переменного напряжения.
Предложенный стабилизатор в качестве малошумящего не годится из за большого шумового напряжения стабилитронов (от 10 мВ/корень Гц). В остальном - все, как было написано в предыдущих постах. Смотреть на динамические ОБР полевиков и т.д..

---------- Сообщение добавлено 11.03.2023 в 03:17 ---------- Предыдущее сообщение было 10.03.2023 в 22:09 ----------

В общем, поработал над первоначальной схемой.
Для корректного моделирования пришлось временно добавить резисторы R7 и R18.
Теперь так:

Добавил еще один копеечный низковольтный транзистор и поточнее скорректировал схему, проверил петлевое и запасы устойчивости.
Результат - работа на чистую емкость от 100 мкФ, и очень большое подавление помех в звуковом диапазоне.
На графике сравнение в одинаковых условиях (3 А на выходе, красный - оригинал, синий - предложение):

Теперь выигрыш по подавлению помех по сравнению с прототипом составил:
на 1 кГц: 27 дБ,
на 10 кГц: 36 дБ,
на 100 кГц 30 дБ.

По компонентам новая схема выгодно отличается от прототипа. Вместо трех высоковольтных стабилитронов - два. Вместо трех высоковольтных транзисторов средней мощности - один.
Шумов на выходе будет около 3 мВ RMS в звуковом диапазоне По современным меркам это много. Но жить можно.

Буду макетировать в железе, это без вариантов, поскольку такое подавление пульсаций, практически задаром, на дороге не валяется.

[dortonyan]

В общем, поработал над первоначальной схемой.
Для корректного моделирования пришлось временно добавить резисторы R7 и R18.
Теперь так:

А мне предыдущий вариант больше понравился (более лаконичный). Если мега PSRR не нужен, то Q9 я бы выкинул.
Вот что понравилось в последнем варианте, так это идея поменять местами транзистор и резистор в управлении полевиком. Т.к. полевик закрыть сложнее, то логично иметь активный элемент между истоком и затвором. И резистор при этом получается большего номинала - больше похож на ИТ. Красота!

[Alto]

Да, ну ладно развели ветку на 38 страниц. Хотя ответ был на первой. Позорники

[mellowman]

Буду макетировать в железе, это без вариантов, поскольку такое подавление пульсаций, практически задаром, на дороге не валяется.

Сразу бы защиту от превышения тока добавить в макет, хотя бы самый простой резистор в сорс и транзистор вокруг него

[Wertos]

Нашел такой вот стабилизатор, уже и печатку накидал, решил в мультисиме проверить, он ппц как странно работает ! Возможно, из за моего незнания обращения с мультисимом, он и не работает... А вообще эта схема достойна жить в железе ?

[dortonyan]

Wertos, бестолковая каккая-то схема. bukvarev, же выше приводил нормальные варианты. Они и проще, и лучше.

[Wertos]

dortonyan, не хочу полевики.
Но эта схема да, не знаю как в железе, но в мультисиме возбуд ! Я его убрал, но толку нет, при повышении тока, падает напряжение.
Вот тут нашел схему, простая, но защита мне нравиться, ток не ограничивает, при определённом токе вырубает стаб, нужно сбрасывать питание.
Что-бы сделать положительное плечо, нужно просто изменить структуру транзисторов и перевернуть стабилитрон.

[dortonyan]

Небольшой отчет о моей реализации стаба УМЗЧ по схеме Букварева.
Предыстория:
LDO стабилизатор делал на скорую руку, т.к. особая широкополосность на требовалась. В итоге первый блин получился очень комом: плохой PSSR даже на низких частотах и косячная схема триггерной защиты.В результате при сработке защиты сгорали полевики.
Спалив очередную пару транзисторов решил разобраться с причиной, и нашел сразу две:
1. Не учел самосброс триггера теристорного типа, из-за чего стабилизаторы включались сразу после выключения.
2. Не учел ОБР полевиков. По току выбрал вроде запас хороший, 20А. А по ОБР на 30В оказалось менее 2А!

Пришлось делать новую плату.
А тут еще Евгений выкатил интересное решение для LDO стабилизатора. На основе его схемы сделал свой вариант с защитой по ОБР, с правильной триггерной схемой отключения и с правильными полевиками:

Работает отлично, защита срабатывает четко (без ложных сработок), подачей -15В на вход DC_Alarm со схемы оконного компаратора регистрации постоянного напряжения на выходе УНЧ.
Измериловкой стаб не пытал, для моей схемы особо гладкая ПХ не требуется, т.к. на входе и выходе довольно большие емкости.
Фактическое выходное напряжение получилось ровно +/-31В. PSRR "на глаз" отличный, на УНЧ пульсации видны только на частоте сигнала и в основном из-за падения на печатных проводниках.

[dortonyan]

vladimir sim, я выбирал из того что доступно в магазе и что подходит по параметрам.
Схема ограничения ОБР ограничивает ток на 30В порядка 1..2А, у выбранных полевиков ОБР на 30В 5..6А. Что еще надо?

[mihail_]

Решил поделиться с форумчанами. Предлагаю вниманию наверное самый простой LDO стабилизатор напряжения, выполненный всего на 3-х транзисторах - силовой полевик и два маломощных биполярных транзистора. Схема на рис..
Выходное напряжение равно напряжению стабилизации D2+0,6 В. Стабилитрон D7 - запускающий, после запуска ток через него практически равен "0". Резистор R6 и конденсатор С3 - корректирующие. R4 может быть использован как датчик тока для защиты выходной цепи. Усилитель на транзисторах Q1, Q3 -питается от выходного стабилизированного напряжения схемы. Пульсации 100гц на выходе (в симуляторе) при токе 5 А составляют 3 мкВ. Конденсатор С4 замыкает ОС и совместно с R3 образует фильтр НЧ отсекающий шумы стабилитрона D2. также за счет его зарядки в момент пуска, осуществляется софт старт стабилизатора. При указанных на схеме номиналах время нарастания выходного напряжения - 65 мс.

[Серый Мыш]

Защиту по току добавил и триггерным эффектом через RC. В симе работает. но надо "полировать", а некогда.
Тут схема частично обрезана.

[Серый Мыш]

можно сделать двухполярный стабилизатор

Не проверял, верю на слово! Хороший вариант. Там вместо диодов можно и светодиоды прицепить, и разрядный ток организовать хоть с лампочкой. А то после выключения больше часа ждать придется до нового включения.
Светодиоды не прокатят - токи маловаты там. Как вариант - транзистор защиты сделать составным и в коллектор доп транзистору лампочку/резистор-LED на противоплечо.