Система защиты
Разрабатывалась для двухэтажного УМЗЧ в классе Н, но подойдёт и к любому другому мощному усилителю.
Система защиты мощного УМЗЧ.Для надёжной работы УМЗЧ он должен быть оснащён несколькими дополнительными функциями, которые позволили бы задержать подключение АС на время окончания всех переходных процессов при подаче питающих напряжений, а также отключить акустику в случае возникновения аварийной ситуации, например, выхода из строя плеча. В таком случае на выходе УМЗЧ появляется практически полное напряжение питания одного из плеч и динамики могут просто сгореть, не считая вариантов слетания обмотки и прочих нежелательных последствий.
Если усилитель достаточно мощный, то его система охлаждения обычно строится с использованием обдува вентилятором, что ощутимо экономит площадь радиаторов и уменьшает габариты конструкции. Понятно, что постоянный шум лопастей не доставляет особого удовольствия, поэтому для снижения шумности напряжение питания вентилятора может быть либо снижено, либо выключено вовсе, в зависимости от текущего нагрева радиаторов.
В случае применения вентиляторов нельзя исключить ситуации его засорения или выхода из строя, тогда перегрев усилителя может стать критическим. Чтобы этого не произошло, система защиты должна отключить нагрузку прежде, чем радиаторы (и стоящие на них транзисторы) достигнут опасной температуры. Для ориентира можно использовать 70*С.
Также целесообразно возложить на систему защиты превентивную меру контроля сопротивления АС. Например, если в акустике или колоночном проводе имеется замыкание, то сопротивление нагрузки значительно упадёт и усилитель будет перегружаться по выходному току. При наличии в УМЗЧ токовой защиты выхода из строя не произойдёт, но, чтобы пользователь был в курсе возникшей проблемы с самого начала, есть смысл в момент подачи питания проверять сопротивление нагрузки, и если оно ниже допустимого, то не допускать её подключения к УМЗЧ.
Сравнительно легко сделать индикацию наличия полезного сигнала на АС. Реализация требует всего несколько деталей.
Поскольку имели место случаи «заваривания» контактов реле при чрезмерном токе через них, а также при размыкании контактов на ходу, то, если релейная защита окажется повреждённой, остаётся последняя надежда сохранить дорогостоящую акустику – симисторная защита. Она срабатывает в том случае, если постоянное напряжение на клеммах АС превысит 30…35В, что характерно для случаев выгорания плеча УМЗЧ и заваривания контактов реле. В такой ситуации симистор открывается и пережигает плавкий предохранитель перед АС. Судьба УМЗЧ играет меньшее значение, т.к. само возникновение подобного прецедента уже означает полную его неисправность. Срабатывание же симистора от цепей определения сопротивления АС невозможно, т.к. подаваемое напряжение ниже порога открытия динистора.
Всеми вышеизложенными функциями обладает предлагаемая здесь система защиты. Она питается от дополнительной сервисной обмотки напряжением 15В и потребляет ток не более 400мА.
Система защиты работает следующим образом. При подаче питания времязадающий конденсатор С5 разряжен, реле обесточено. Через R1, нормально замкнутый контакт реле и нагрузку протекает ток около 40 мА, создающий напряжение падения на АС. Напряжение на базе VT1 устанавливается таким, чтобы при падении на нагрузке менее 100 мВ (что соответствует 3 Ом), транзистор был бы открыт, а при бОльшем напряжении – закрыт. Если транзистор закрыт, то идёт зарядка времязадающего конденсатора, что через несколько секунд сопровождается повышением напряжения на затворе VT4, его открыванием и срабатыванием реле.
В случае появления постоянного напряжения любой полярности на выходе УМЗЧ зажигается один из светодиодов оптронов DA1, DA2, что влечёт за собой открытие VT3, резкий разряд времязадающего конденсатора С5 и отключение реле. При исчезновении постоянного напряжения процесс повторяется сначала. Транзистор VT3 использован для повышения чувствительности оптронов в качестве усилителя их фототока, поскольку оптопары типа TLP627 стоят заметно дороже и более дефицитны, чем РС817.
В случае, если контакты реле оказались заварены, а постоянная составляющая на выходе УМЗЧ превышает 30В, происходит заряд С1, С2 до момента открывания симметричного динистора Т1. Его пробой сопровождается открытием симистора Т2 и пережиганием предохранителя F1, после чего нагрузка обесточивается.
Транзистор VT2 реагирует на наличие положительной полуволны сигнала на АС, отрицательная же закорачивается на землю через диод VD3. При наличии сигнала конденсатор С6 разряжен и светодиод HL2 горит.
Светодиод HL5 зажигается в случае обесточивания обмотки реле, это происходит при включении защиты и при наличии какой-либо неисправности в УМЗЧ.
Узел управления обдувом и термальной защиты построен на счетверенном ОУ TL084, для каждого канала используется по 2 ОУ. При нагреве установленного на радиаторе соответствующего канала УМЗЧ терморезистора R23, его сопротивление падает. Соответственно, на выходе ОР1.2 напряжение начинает расти. При достижении на затворе VT8 порога открывания этот транзистор начинает проводить ток и включается обдув. Местная обратная связь в виде R37 снижает крутизну полевого транзистора и растягивает активный диапазон напряжений управления полевиком. Фактически последний работает как управляемый источник тока для вентилятора. Порог включения обдува настраивается резистором R21, время реакции можно подобрать номиналом C8.
Если хочется более высокой скорости реакции, конденсатор надо уменьшить по номиналу и наоборот. Если удалить С8, а R25 заменить перемычкой, то обдув будет работать в старт-стопном режиме.
Термальная защита построена как обычный компаратор с гистерезисом, порог срабатывания выставляется на 70*С подстроечником R17. Её включение индицирует светодиод HL4. При появлении высокого уровня на выходе ОР1.1 через резистор R26 открывается транзистор VT3 и система защиты реагирует аналогично появлению постоянной составляющей на выходе УМЗЧ. После некоторого остывания радиаторов нагрузка подключается вновь.
Поскольку сервисная обмотка находится на том же трансформаторе, что и силовые, при работе УМЗЧ неизбежно возникают просадки. Чтобы они не влияли на работу ОУ и реле, испольуется микросхемный стабилизатор на LM7812. Вентилятор же запитан до стабилизатора, поскольку он потребляет ток до 0,3А, что привело бы к бессмысленному нагреву не только полевика VT8, но и стабилизатора. Поэтому было решено запитывать обдув нестабилизированным напряжением, что не влияет на его работу.
В случае работы системы защиты с уже описанным двухэтажным усилителем, сток VT4 и обмотка реле соединяются с лимитером УМЗЧ, а точнее – с R27 на его плате. Также на плате защиты предусмотрен светодиод клипового индикатора HL1, который соединяется с платой УМЗЧ только одним проводом к R7 (по схеме УМЗЧ). При этом клиповый индикатор усилителя перестаёт потреблять ток от питаний ОУ УМЗЧ. Можно пойти дальше и соединить анод светодиода оптрона АОР124 с шиной +12В защиты, отрезав дорожку от +15В, это полностью исключит просадки питания ОУ при срабатывании клип-индикатора и лимитера.
Налаживание системы защиты сводится к следующему. Терморезистор временно не подключается, конденсатор С8 не запаивается. Движок R5 выставляем примерно в среднее положение. Вместо АС подключаем резистор 0,5Вт и сопротивлением 3 Ома.
При подаче питания контролируем напряжение на базе VT1. Для начала выставляем 1,2В. Реле при этом подключаться не должно. Плавно уменьшая сопротивление R5, при напряжении на базе VT1 около 1,05.. 1,07 В должен раздаться щелчок реле и погаснуть светодиод HL5. Сбавляем напряжение еще милливольт на 20 - в расчёте на прогрев платы. После этого подключаем акустику и проверяем, подключит ли её схема. Если активное сопротивление АС равно или больше 3 Ома, то должно подключить. Также делаем проверку при КЗ в нагрузке – реле сработать не должно. Не будет лишним напомнить, что проверка сопротивления АС осуществляется при подаче питания на систему защиты. Небольшой щелчок в динамиках вполне нормален и не влечёт выхода их из строя, т.к. пропускаемый ток слишком для этого мал.
Далее подпаиваем терморезистор R23, дождавшись его остывания после пайки. Движки R17, R21 должны находиться в нижнем положении по схеме, примерно в 1\3 от нижнего уровня, напряжения на них около 2,7В. Светодиоды «Обдув» и «Термал» гореть не должны.
Нагревая терморезистор до предполагаемой температуры включения обдува, около 45*С, подкручиваем R21 до зажигания светодиода «Обдув» и включения вентилятора. После чего запаиваем С8 на место.
Примерно так же, при температуре терморезистора около 70*С добиваемся срабатывания термала, порог выставляется резистором R17. При этом, помимо зажигания светодиода «Термал», должны произойти отключение реле и зажечься светодиод «Защита».
Остальное в настройке не нуждается, достаточно только проверить корректность работы симисторной защиты, подключив вместо предохранителя 20А лампу накаливания ватт на 100 и, имитируя выход из строя плеча, проверить, будет ли она загораться. Чтобы релейная защита не мешала настройке, следует временно закоротить оловянной перемычкой один из светодиодов оптопар.
Детали и конструкция.
Два канала предлагаемой схемы смонтированы на однослойной плате из стеклотекстолита размерами 200*77мм. Транзистор VT8 и стабилизатор VR1 размещены на небольшом теплоотводе, при этом стабилизатор использован в пластиковом корпусе. Если оба прибора в металлическом корпусе, то один из них следует размещать через изолирующую прокладку.
Все резисторы, кроме R1, R6, R7, R8 и R37 – выводные, 0,25Вт. R6, R8 – СМД 1206, а R1, R7, R37 – 1-2Вт.
Биполярные транзисторы можно использовать 2N5551, BC546-BC548, КТ3102 и аналогичные по напряжениям и мощности рассеяния, считая наибольшим ток через них 10мА и напряжение 12В. В качестве полевых транзисторов VT4 можно использовать практически любые с N-каналом, обладающие сопротивлением открытого канала не более 1 Ом и макс. током не менее 0,5А. Для транзистора VT8 подойдут IRF540\IRF640\IRF3710\IRF44 и подобные в корпусе ТО220. В качестве ОУ можно использовать TL074\TL084\OPA4134\OPA1644, LM324 и другие счетверенные.
Оксидные конденсаторы С1, C2 должны быть на напряжение не менее 35В, C3, C4-6…10В, остальные на 25В.
В качестве оптопар применимы практически любые фототранзисторные оптроны, например, TLP621, PC817, TLP521 и аналогичные.
Динистор DB3 – двусторонний, т.е. напряжение его открывания не зависит от приложенной полярности.
Сообщение от waso
Социальные закладки