Проект Prophetmaster Tierra - моноблоки 50 Вт в классе А

[Prophetmaster]

Строятся УПТ моноблоки в классе А, с планируемой выходной мощностью 50-70 Вт/4 Ом. Tierra, в переводе с испанского, означает Земля - навеяло это название, когда в каждом моноблоке скопилось по Фараде
Поставил себе задачу попытаться сконструировать и изготовить усилитель не хуже по звучанию, чем имеющийся на BUF634T, но с более высокой выходной мощностью.
Уже больше года прошло с момента начала разработки моноблоков, но ввиду сложности задуманного и в связи с малым количеством свободного времени, все двигается гораздо медленнее, чем хотелось бы.
Сначала были изготовлены блоки питания, потому что в данном проекте это самая трудоемкая часть и есть необходимость делать железный макет УМ, так как одним симулятором не обойдешься, а макет нужно питать от полноценного БП, для получения достоверных результатов.
Разводка плат БП для левого и правого канала симметричная в силовой части и в части стабилизаторов УН и УМ, но зеркальная в области первички, несигнальных цепей и выпрямителя УН. При такой разводке, получаются "правый" и "левый" моноблоки. Хочется, чтобы было еще и красиво
Проект некоммерческий, поэтому все схемы в полном объеме будут доступны для просмотра.
Схема БП во вложении.
Что представляет из себя БП одного канала - это полностью стабилизированный блок питания мощностью 600 Вт, который имеет:
1. Силовые двухполярные линии питания с напряжениями +\- 25 В, от мощного тороидального трансформатора (550 Вт). Стабы - LT1083 (7.5 А), 8 шт, соединены по 4 в параллель. Суммарная площадь радиаторов стабилизаторов каждого канала 3000 кв.см. Нагрузка на каждый стабилизатор не будет превышать 1 А, так как ток покоя усилителя планируется около 4 А.
2. Две линии питания с напряжениями +\- 27 В и +\- 15 В для усилителя напряжения от отдельного трансформатора (50 Вт). Стабы - LM317/LM337, по 2 шт. Напряжения +\- 15 В формируются из уже стабилизированного +\- 27 В.
3. Отдельный трансформатор для несигнальных цепей (50 Вт).
4. Отдельный трансформатор для дежурки (5 Вт).
5. Все трансформаторы, кроме дежурки, изготовлены по моему заказу компанией Audioinstrument Все трансформаторы сфазированы по первичным обмоткам.
6. Суммарная емкость конденсаторов фильтра силовых цепей около 1 Фарады на канал, большая часть которых, находится после стабилизаторов.
7. Емкость конденсаторов в цепях питания УН - 27000 мкФ/63 В на напряжение +\- 27 В и 40000 мкФ/25 В на +\- 15 В.
8. Софтстарт во вторичной цепи, с временем заряда конденсаторов около 1 минуты. Так как при выключении питания вторичные силовые цепи отключаются от платы УМ, то для разряда электролитов предусмотрены нагрузочные сопротивления, которые полностью разряжают емкости в течении 20 минут.
9. Оптоэлектронная защита АС от постоянного напряжения встроена в БП и выполняет две функции:
- подает или снимает напряжение со схемы управления реле защиты, которая находится на платах самого УМ.
- обесточивает все вторичные цепи силового питания, в случае появления постоянного напряжения (свыше 1 В) на выходе УМ. Восстановление выходных напряжений происходит через 1 минуту после срабатывания защиты.
То есть, в аварийном режиме, одновременно блокируется нагрузка УМ (как и в предыдущей конструкции, реле защиты будет закорачивать выход на землю) и отключается питание силовой части. Без отключения не обойтись: пока разрядится Фарада, на плате УМ может все успеть поджариться после выключения сети
10. БП имеет трехэтажную конструкцию, что практически дало возможность укоротить многие соединительные шины БП или практически свести их длину к нулю.
11. БП имеет каркасную конструкцию из алюминиевого профиля и алюминиевого бруска, поэтому платы практически не являются несущими элементами, если только чуть-чуть.
12. Силовая разводка в БП произведена плоской медной моножилой 4 кв.мм, разводка земли - плоской медной моножилой 6 кв.мм. Земля на послестабовых силовых емкостях выполнена из листовой меди толщиной 0.7 мм.
13. Первичные цепи 220 В имеют R-C фильтры.
14. Энергоемкость каждого БП составляет 450 Дж для силовых цепей и 20 Дж для питания усилителя напряжения.
15. Все силовые реле производства Finder промышленных серий на 12 В. Все слаботочные - Takamisawa RY12W, также на 12 В, кроме входа включения питания от 5 В, который реализован на слаботочном реле Finder.
Конструктивно БП выполнен на трех платах - нижняя несет на себе всю первичку, основную часть БП несигнальных цепей и защиту. На втором этаже расположены софтстарт и выпрямители сигнальных цепей с частью емкостей, а также остальные несигнальные цепи. На верхней плате расположены вторая часть достабовых емкостей, все стабилизаторы для аудиочасти и послестабовые емкости. Шунтирующих полипропиленовых конденсаторов тут немного - основные шунты будут расположены непосредственно вблизи потребителей - на платах УМ.

Для включения БП не нужен мощный тумблер - достаточно слаботочного выключателя, который может коммутировать постоянное напряжение 12 В и ток 40 мА Как вариант, БП можно включать, подав на него 5 В - пятивольтовое реле может управляться с преда, например.

Во вложении: несколько фото БП, полная схема БП одного канала, РГ (http://khozmo.com/products_dale_shunt.html), трансформаторы для УН, изготовленные А. Воробьевым, пара фото первого из 4-х повторителей и схема повторителя.

[audiomun]

Вообще я так и делаю.

Ну, я это так и понял.

Все промышленные трансформаторы номинальной мощностью 200 VA и выше, что я видел, дают просадку (отношение напряжения при х.х и номинальном токе) менее 10%.

И это ещё при том, что все производители, как правило, экономят на габаритах сердечников и количестве витков первичной обмотки.

не видел трансформатора, который бы просел всего на 1 % при полной загрузке током.

При расчёте ТС исходят из получения максимального его КПД при нагрузке трансформатора 0,5-0,75 от максимальной мощности.

[dekko]

Bengo, спасибо за схему, это она!

[Olegyurich]

Нет - с точки зрения нагрузки это наиболее лёгкий режим работы для усилителя.

Как раз нет - при той же амплитуде на выходе - на нагрузке двойная мощность по сравнению с синусом.

Да, и достаточно часто - многие усилители не выдерживают с нагрузкой синус в 20 кГц - сгорают от сквозного тока в ВК.

В помойку такие усилители.

Совершенно верно, т.к. меандр скажем 10 кГц и фронтом 10 нс позволит проверить усилитель хоть 500 В\мкс, а для проверки той же скорости какой нужен синус?

См.выше, для меня например такой вариант не подходит.

Совершенно верно, т.к. меандр скажем 10 кГц и фронтом 10 нс позволит проверить усилитель хоть 500 В\мкс, а для проверки той же скорости какой нужен синус?

И как правило на синусе значения скорости нарастания гораздо более скромные, на порядок и больше. Хотя у меня в усилителе близкие значения получились, может в этом есть что-то?))

[antiluser]

Offтопик:

Хотя у меня в усилителе близкие значения получились, может в этом есть что-то?))

Без общей ООС, видимо поэтому - перегрузка и на меандре видна сразу.

[Bengo]

Offтопик:

спасибо за схему, это она!

Только не понимаю, почему, при общем признании пользы индуктивного входа фильтра и, как правило, нестремлении к экономии в изготовлении "для себя любимого", это решение редко используется в практике.

[dekko]

Bengo, видимо из-за нетрадиционности и крупногабаритности

[Bengo]

Offтопик:

видимо из-за нетрадиционности и крупногабаритности

Да ладно ..., ведь постоянно подчеркивается, что нет преград и главное - звук.

[audiomun]

при той же амплитуде на выходе - на нагрузке двойная мощность по сравнению с синусом.

Не двойная - в этом случае выходная мощность будет больше в 1,4142 раза. Меандр и синус - суть, разные сигналы, вот это многие и путают - при усилении прямоугольного импульсного сигнала амплитудой близкой к ограничению по питанию, транзисторы выходного каскада работают в фактически ключевом режиме - открыт/закрыт, то есть либо падение напряжения на них максимально при минимальном токе, либо наоборот - максимум тока при минимальном падении напряжения, то есть рассеиваемая ВК мощность в этом случае минимальна, а КПД усилителя - максимален. Поэтому усиление сигнала меандра - наиболее легкий режим работы для УМЗЧ.

В помойку такие усилители.

Согласен.

[Olegyurich]

Не двойная - в этом случае выходная мощность будет больше в 1,4142 раза.

Можно это хоть как-то обосновать?

при усилении прямоугольного импульсного сигнала амплитудой близкой к ограничению по питанию, транзисторы выходного каскада работают в фактически ключевом режиме - открыт/закрыт

Вовсе нет, иначе вообще нет смысла в подобном тесте - мы же не импульсный усилитель тестируем, а линейный. Поэтому транзисторы должны работать в активном режиме, а не быть полностью закрыты или открыты. Выход из насыщения - есть такой тест, но тут мы вроде не о нем.

[antiluser]

Поэтому транзисторы должны работать в активном режиме, а не быть полностью закрыты или открыты.

Они и будут работать в линейном режиме, если не превышена максимальная скорость нарастания. Только честная

[viktor8m]

при усилении прямоугольного импульсного сигнала амплитудой близкой к ограничению по питанию, транзисторы выходного каскада работают в фактически ключевом режиме

Так зачем близко к ограничению по питанию, тест на меандр надо делать при номинальном выходном напряжении, тогда транзисторы будут в линейном режиме, но фронты будут определяться скорострельностью петли ООС (т.е. ёмкостями коррекции и паразитными реактивностями).

[Olegyurich]

Они и будут работать в линейном режиме, если не превышена максимальная скорость нарастания. Только честная

audiomun Выше писал про ключевой режим.

---------- Добавлено в 14:36 ---------- Предыдущее сообщение в 14:35 ----------

Так зачем близко к ограничению по питанию, тест на меандр надо делать при номинальном выходном напряжении, тогда транзисторы будут в линейном режиме, но фронты будут определяться скорострельностью петли ООС

Агеев писал, что этот тест дает завышенные цифры скорости, сейчас не помню в чем точно прикол.

[audiomun]

Можно это хоть как-то обосновать?

Ну, то вроде азы - эффективные значения напряжений сигналов меандра и синусоидального. Всё по формулам.....

Вовсе нет, иначе вообще нет смысла в подобном тесте - мы же не импульсный усилитель тестируем, а линейный.

Это не тест, а объяснение того, почему при усилении сигнала меандра у УМЗЧ гораздо меньше шансов сгореть, нежели, в случае усиления им синусоидального сигнала.

Выход из насыщения - есть такой тест

То совсем другая опера.

[antiluser]

Агеев писал, что этот тест дает завышенные цифры скорости, сейчас не помню в чем точно прикол.

Прикол в перегрузке каскадов по скорости, которую не видно явно на меандре.

[Olegyurich]

Ну, то вроде-бы азы - эффективные значения напряжений сигналов меандра и синусоидального. Всё по формулам.....

Действительно азы - P=U*I для меандра и P=U*I/2 для синуса.

то объяснение того, почему при усилении сигнала меандра у УМЗЧ гораздо меньше шансов сгореть, нежели, в случае усиления им синусоидального сигнала.

В линейном режиме от меандра у него вдвое больше шансов сгореть. Хотя он и то и другое должен отрабатывать. А уж на меандре или синусе звуковой частоты - в любом случае.

---------- Добавлено в 14:43 ---------- Предыдущее сообщение в 14:42 ----------

Прикол в перегрузке каскадов по скорости, которую не видно явно на меандре.

Ну, в общем, наверно да.

[Alex]

так высокочастотный нужен меандр или с чОткими фронтами?

И то и другое, иначе не увидеть длительность фронта,

А что, длительность фронта меандра уже зависит от частоты самого меандра?!

Достаточен меандр с частотой 50-100 кГц.

Да хоть 1Гц, если меандр хороший.

Совершенно верно, т.к. меандр скажем 10 кГц и фронтом 10 нс позволит проверить усилитель хоть 500 В\мкс, а

А меандр 0.05 Гц с фронтом 1нс ?

[viktor8m]

Прикол в перегрузке каскадов по скорости, которую не видно явно на меандре.

Как раз это не верно, если испытательный меандр имеет фронты Уже (ударение на первую букву), чем у усилителя, ведь в линейном режиме ООС стремится передать форму входного сигнала, значит все каскады как раз перегрузятся и мы увидим действительную скорость усилителя. Я думаю Агеев имел ввиду что-то другое.

А меандр 0.05 Гц с фронтом 1нс ?

Учитывая собственные флуктуации переходов транзисторов на таких частотах (хотя бы из-за температуры кристаллов), то измерение фронта будет не корректным.

[Olegyurich]

А что, длительность фронта меандра уже зависит от частоты самого меандра?!

Чтобы его увидеть на экране аналогового осциллографа - да. А так - нет конечно.

[Bender]

а для этого фронт не должен быть вертикальной линией и один период меандра при этом на экране должен помещаться

глупость. Для оценки на глаз вполне достаточно осциллографа с достаточным быстродействием собственного входного тракта (не забываем о пробнике-щупе) и без проблем с синхронизацией. А так хоть от единиц герц меандр с чОткими фронтами прокатит.

о, Alex опередил..

[Olegyurich]

Я думаю Агеев имел ввиду что-то другое.

Да нет, именно это. И свой усилитель он проверял на синусе именно поэтому.

---------- Добавлено в 14:57 ---------- Предыдущее сообщение в 14:55 ----------

Для оценки на глаз вполне достаточно осциллографа с достаточным быстродействием собственного входного тракта (не забываем о пробнике-щупе) и без проблем с синхронизацией. А так хоть от единиц герц меандр с чОткими фронтами прокатит.

Возможно дело в синхронизации, хотя в целом на нее не жалуюсь. Но синхронизация ведь происходит по фронту либо по спаду, т.е. они оба за пределом экрана или на краю. Одним словом, это неудобно.