Зависимость выходного напряжения нестабилизированного БП от нагрузки

[SilentS]

Есть какая-нибудь готовая формула, описывающая эту зависимость?

Я тут провел тест и озадачился, что не знаю, как ее посчитать.

Есть трансформатор, выдает 2х35В амплитудного напряжения, сопротивление обмоток примерно 1Ом. Есть диоды с падением напряжения 0.7В, после них емкости в 10 000 мкф. Без нагрузки получаем 34В постоянки на плечо.

Подключаем активную нагрузку (сопротивления) 2х33Ом, получем средний ток ~1А.
Казалось бы, напряжение в плечах должно упасть на сопротивление обмотки (1Ом) х ток (1А), т.е. на выходе должны иметь 33В. Однако, в реальности напряжение падает до 30В, т.е. падение в 4 раза выше ожидаемого. При этом пульсации напряжения совсем небольшие, около 200мВ RMS (т.е. 30В +/-0.2), т.е. дело не в малой емкости электролитов.

Методом исключения понимаем, что виновато сопротивление обмоток. Электролиты заряжаются не средним током в 1А, а импульсно, т.е. только когда вблизи максимумов переменного напряжения. Соответственно, из падения напряжения в 4В и сопротивления обмоток в 1Ом у меня получилось, что импульсный ток составляет заряда банок составляет 4А.

Теперь собственно вопрос. Если, допустим, увеличить или уменьшить нагрузку в 2 раза, то какое ожидается падение напряжения? Как вообще это считать? Есть какие-нибудь книжки или статьи на тему?

P.S. Становится смешно за людей, которые ставят по 50 000 мкФ в плечо. В этом нет никакого смысла без мощного трансформатора с малым сопротивлением обмоток.

[_Summit_]

Казалось бы, напряжение в плечах должно упасть на сопротивление обмотки (1Ом) х ток (1А), т.е. на выходе должны иметь 33В.

Оно еще и в первичке упадет, а там не 1Ом. Это нормально когда у транса под нагрузкой снижается напряжение на обмотках. Поэтому при изготовлении трансов это учитывают. Т.е. есть напр. на холостом ходу и напряжение под номинальной нагрузкой. Разница, как я понимаю, между ними меньше, если сам транс мощнее.

[Скиф]

Есть какие-нибудь книжки или статьи на тему?

Есть программа для моделирования http://www.duncanamps.com/psud2/ можно помоделировать.

[uncleSE]

P.S. Становится смешно за людей, которые ставят по 50 000 мкФ в плечо. В этом нет никакого смысла без мощного трансформатора с малым сопротивлением обмоток.

смысла нет, если синус слушать, для музыки смысл есть

[Vovk]

Есть какая-нибудь готовая формула, описывающая эту зависимость?
Казалось бы, напряжение в плечах должно упасть на сопротивление обмотки (1Ом) х ток (1А), т.е. на выходе должны иметь 33В. Однако, в реальности напряжение падает до 30В, т.е. падение в 4 раза выше ожидаемого.

1. Формула - наверняка есть. Расчет выпрямителя уже давно не секрет.
2. Чтобы орентировочно узнать выходное сопротивление БП, с фильтром, который начинается с емкости, сопротивление вторичной обмотки силового трансформатора умножте, например, на три.

---------- Сообщение добавлено 20.46 ---------- Предыдущее сообщение было 20.40 ----------

Как вообще это считать? Есть какие-нибудь книжки или статьи на тему?

Книжки, например, "Промышленная электроника", разделы "Управляемые и неуправляемые выпрямители", это теория.
А практика: "Справочник радиолюбителя-конструктора", "Справочная книга радиолюбителя-конструктора" (это те, по котрым можно сделать практический, довольно точный, расчет выпрямителя).
Это те книги, которые знаю лично я, наверняка есть еще книги, возможно, и получше.

[SilentS]

В общем, я примерно понял. Для получения падения напряжения на синусо-нагрузке можно взять потребляемый ток, посчитать падение на вторичке в процентах, приплюсовать падение на первичке и умножить на три из-за пик-фактора тока зарядки электролитов. Теперь, если хочется посчитать падение уже на музыкальном сигнале, то нужно поделить полученную величину обратно на 3 из-за пик-фактора музыки ;).

С другой стороны, музыка тоже разная бывает. Вот на картинке типичный синус на электронщине, причем частота ~200Гц - т.е. потребляемая мощность хорошо усредняется за пол-периода питающей сети. Правда, я такое редко слушаю.

В следующий раз не буду увлекаться понижением тока х.х. за счет увеличения витков вторички и первички - это приводит к заметной мягкости трансформатора.

[zoog]

Нельзя ориентироваться на 1 осциллограммы. Хороший (универсальность 95+%) усилитель должен отрабатывать 50Гц, универсальный (100%) -- 20Гц в идеале + ФВЧ. Для дома можно рассчитывать хоть на 1000Гц - всё равно его на максимуме гонять не будут)

[_Summit_]

SilentS, ты бы задачу конкретно определил. Для усилителя трансформатор нужен?

[SilentS]

_Summit_, задача решается в общем виде, а применить его к конкретному случаю усилителя класса АВ я сумею. Но в целом я ответ уже нашел: считаешь падение напряжения на обмотках как для синусоидального тока, а потом умножаешь в 3 раза. Более-менее совпадает с реальностью.

---------- Сообщение добавлено 15.28 ---------- Предыдущее сообщение было 13.19 ----------

Есть программа для моделирования http://www.duncanamps.com/psud2/ можно помоделировать.

О, программа - то, что нужно, спасибо! Жалко, что сопротивление первички не учитывается. Как бы еще сопротивление своих электролитов узнать?.. Хотя можно в качестве подгоночного параметра использовать

[Сухоруков Сергей]

Становится смешно за людей, которые ставят по 50 000 мкФ в плечо. В этом нет никакого смысла без мощного трансформатора с малым сопротивлением обмоток.

Смысл есть, т.к. на импульсном сигнале (коим и является музыкальный сигнал), особенно на его пиках, источником питания для УМЗЧ становится не столько сеть/трансформатор, сколько заряженный накопительный конденсатор. А сеть обеспечивает в основном подзарядку конденсатора. Поэтому качество этого конденсатора и его способность запасать электрическую энергию во многом определяет качество звука.

---------- Сообщение добавлено 12.52 ---------- Предыдущее сообщение было 12.51 ----------

Как бы еще сопротивление своих электролитов узнать?

Обычно этот параметр (ESR) указывается в даташите.

[mellowman]

Смысл есть, т.к. на импульсном сигнале (коим и является музыкальный сигнал), особенно на его пиках, источником питания для УМЗЧ становится не столько сеть/трансформатор, сколько заряженный накопительный конденсатор. А сеть обеспечивает в основном подзарядку конденсатора. Поэтому качество этого конденсатора и его способность запасать электрическую энергию во многом определяет качество звука.

А есть наглядное сравнение 2х импульсных сигналов на выходе при 10мФ, 20, 50мФ, ...? Сколько мало, а сколько достаточно на какую нагрузку?

[_Summit_]

источником питания для УМЗЧ становится не столько сеть/трансформатор, сколько заряженный накопительный конденсатор.

Трансформатор не является источником питания УМ. И не может им быть по определению. Источником является выпрямитель. От его работы в первую очередь зависит качечество звучания. Выбор транформатора обусловлен токовой нагрузкой.

А есть наглядное сравнение 2х импульсных сигналов на выходе при 10мФ, 20, 50мФ, ...? Сколько мало, а сколько достаточно на какую нагрузку?

Берешь осциллограф, нагрузку и смотришь форму сигнала на выходе выпрямителя. Самое наглядное.

[SilentS]

Да вот на мои только ripple current указан, и всё www.jamicon.com.tw/media/flash/CapView/assets/pdf/TK.pdf
Вряд ли там больше 100 мОм для полной емкости в 10 000мкФ, а всё что меньше - на результат интересующего расчета практически не влияет.

Изначально я хотел научиться считать две вещи: как сильно будет просаживаться напряжение БП в зависимости от нагрузки и насколько комфортно при этом будут жить конденсаторы.
Конкретный пример такой: усилитель на LM3886, полное потребление при нагрузке 8Ом - до 70Вт на канал. Вторичка трансформатора дает 2х24.5В RMS (на каждый канал), сопротивление каждой обмотки 1Ом, фильтры ~ 10 000 мкФ.

Вот и оказалось, что без нагрузки будет напряжение 34В. Под нагрузкой, в худшем случае (подача синуса полной амплитуды), получаем просадку до 30В, на реальном сигнале просадка будет естественно меньше.
RMS Ripple current через кондеры выходит 1.5А, что очень даже комфортно для сборки из 2х470мкф + 3х3300мкф в каждое плечо (производителем разрешено 1.8А на каждую 3300 мкФ банку). Ток через диоды - не более 4.5А.
В общем, всё вроде бы хорошо.

Хотя ситуация будет заметно хуже, если подавать низкочастотный синус (т.е. с частотой заметно меньше 100Гц), когда потребляемая мощность не будет успевать усредняться между + и - плечами БП за период работы выпрямителя (10мс).

[_Summit_]

Вряд ли там больше 100 мОм для полной емкости в 10 000мкФ, а всё что меньше - на результат интересующего расчета практически не влияет.

Это не ESR.

Изначально я хотел научиться считать две вещи: как сильно будет просаживаться напряжение БП в зависимости от нагрузки и насколько комфортно при этом будут жить конденсаторы.

Я сам недавно этим занимался. Напряжение на выходе выпрямителя и без нагрузки заранее определить сложно. Не всегда бывает синус. Поэтому умножать не на 1.4 надо, а на 1.3-1.35. Диоды разные. Конденсатору пофиг, главное что бы у него запас по напражению был.

Вот и оказалось, что без нагрузки будет напряжение 34В. Под нагрузкой, в худшем случае (подача синуса полной амплитуды), получаем просадку до 30В, на реальном сигнале просадка будет естественно меньше.

Ничего криминального тут нет, если этого напряжения хватит для обеспечения необходимой мощности. Если не хватает, то или увеличивать напряжение, или уменьшать просадку более мощным трансом.

RMS Ripple current через кондеры выходит 1.5А, что очень даже комфортно для сборки из 2х470мкф + 3х3300мкф в каждое плечо (производителем разрешено 1.8А на каждую 3300 мкФ банку). Ток через диоды - не более 4.5А.
В общем, всё вроде бы хорошо.

Многие кондеры даже КЗ переживают. В усилитель 50Вт как минимум 30000мкФ в плечо.

[Сухоруков Сергей]

Трансформатор не является источником питания УМ. И не может им быть по определению. Источником является выпрямитель.

Ну да, давайте поиграем в слова. Трансформатор - не источник для УМЗЧ (и сеть, надо полагать тоже), поскольку-де источник - это выпрямитель. А он качает энергию из вакуума... Детский сад. Отключите трансформатор, и посмотрим, что запитает выпрямитель.

Кстати, накопительный конденсатор (не выпрямитель) при отключении сети какое-то время будет поддерживать звуковоспроизведение.

[_Summit_]

Ну да, давайте поиграем в слова. Трансформатор - не источник для УМЗЧ (и сеть, надо полагать тоже), поскольку-де источник - это выпрямитель. А он качает энергию из вакуума... Детский сад. Отключите трансформатор, и посмотрим, что запитает выпрямитель.

Ну тогда давайте еще схемы на электростанциях пообсуждаем... Отключите электростанцию и посмотрим что запитает выпрямитель.

Кстати, накопительный конденсатор (не выпрямитель) при отключении сети какое-то время будет поддерживать звуковоспроизведение.

Ага. Только выпрямителей без конденсаторов не бывает. А раз он работает без сети - значит источник он. Вы когда аккумулятором в телефоне пользуетесь, у него тоже источник сеть?

[SilentS]

вы тут друг друга на словах решили поймать? это очень увлекательно, но сильно засоряет тему.

Это не ESR.

то, что ripple current - это не ESR я сам догадываюсь
а вот 100 мОм - вполне себе ESR

Многие кондеры даже КЗ переживают. В усилитель 50Вт как минимум 30000мкФ в плечо.

Я как раз и хотел проверить оправданность этой рекомендации и согласится с ней не могу. Хотя бы потому, что требуемая емкость зависит от нагрузки: для 4Ом она должна быть в 2 раза больше, чем для 8.
А расчеты показывают, что для частот выше 100Гц на 8Ом нагрузку ставить больше 10000мкф смысла нет, т.к. просадка будет определяться уже исключительно трансформатором. Ну два-три периода выпрямления БП продержится, а потом всё равно просядет.
Если что, то у меня 10000 мкф в плечо на каждый канал, т.е. 20000 в сумме.

Другая вещь меня волнует, можно ли использовать конденсаторы, маркированные на 35В, в 34В питающем напряжении? Думаю, что можно, если гарантировать им низкую рабочую температуру, а греться они не будут точно.

[_Summit_]

а вот 100 мОм - вполне себе ESR

https://en.wikipedia.org/wiki/Equiva...ies_resistance

Я как раз и хотел проверить оправданность этой рекомендации и согласится с ней не могу.

Возьми осциллограф и проверь.

А расчеты показывают, что для частот выше 100Гц на 8Ом нагрузку ставить больше 10000мкф смысла нет, т.к. просадка будет определяться уже исключительно трансформатором.

дело не столько в просадке, сколько в форме сигнала на выходе выпрямителя. Ибо если там не "палка", то модуляции ее в сигнале трудно избежать.

Другая вещь меня волнует, можно ли использовать конденсаторы, маркированные на 35В, в 34В питающем напряжении? Думаю, что можно, если гарантировать им низкую рабочую температуру, а греться они не будут точно.

50В поставь и не парься.

[SilentS]

поставь и не парься.

Принцип "не паримся" мне не подходит, меня интересует разумность и достаточность (в принципе, об этом ВСЯ данная тема). Я так понял, что этим принципом вы, напротив, не интересуетесь.
Так-то можно и 100 000 в плечо поставить, и тор на киловатт влепить, только нет в этом смысла, так же как и во многом остальном.

Проверять готовое изделие я, конечно, буду, только один осциллограф здесь никак не поможет. Нужно анализировать спектр выходного сигнала на предмет гармоник и сетевых наводок.

про ESR-то вы что хотели сказать?

[Сухоруков Сергей]

Сколько мало, а сколько достаточно на какую нагрузку?

Я часто приводил простой пример из жизни: выключаешь радиолу из сети, и она несколько секунд, пока не остынут лампы и не разрядится накопительный конденсатор БП, продолжает воспроизводить музыку, причём чисто, без искажений. Вот это время и можно использовать как критерий энерговооруженности, как критерий, какова должна быть емкость конденсатора. Усилитель не должен смолкать сразу, как только отключена сеть. При хорошей энерговооруженности он должен несколько секунд продолжать воспроизводить сигнал на номинальную нагрузку.

Только выпрямителей без конденсаторов не бывает.

Ещё как бывает. Не путайте БП с выпрямителем. Классический БП - это силовой трансформатор+выпрямитель+фильтр. Так вот накопительный конденсатор - это элемент фильтра, а не выпрямителя.

А раз он работает без сети - значит источник он.

Без сети работает конденсатор, а не выпрямитель; выпрямитель как раз не работает.

Вы когда аккумулятором в телефоне пользуетесь, у него тоже источник сеть?

Хороший пример, спасибо! Источником служит аккумулятор (аналог накопительного конденсатора в контексте нашего разговора), а вовсе не выпрямитель зарядного устройства.

Кстати, телефоном можно пользоваться, и когда он подключен к сети (для зарядки).