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.

[Prophetmaster]

Олег, а емкость первичка-вторичка этих моточных изделий известна?

Взял на работу R-L-C метр и померял некоторые параметры у силового транса и у транса питания УН для второго моноблока, которые еще никуда не припаяны. У силового транса вторички по 27 В. Емкость между первичкой и вторичкой около 800 пФ, активное сопротивление первички 2.7 Ом, вторичек - по 0.1 Ом. Индуктивность первички 2.9 Гн, вторичек - по 130 мГн.
У транса для питания УН вторички тоже по 27 В, емкость между первичкой и вторичкой около 600 пФ, активное сопротивление первички 31 Ом, вторичек по 1.1 Ом. Индуктивность первички 2.9 Гн, вторичек - по 230 мГн.

[viktor8m]

Я не склонен менять основопологающие принципы конструкции при построении чего-то нового, если эти принципы показали очень хороший результат.

Хотел посоветовать значительно получше стабилизаторы (и также простые), но раз так, то смысла нет (да и уже всё запаено).

Индуктивность первички 2.9 Гн, вторичек - по 130 мГн.

Проверьте ещё индуктивность рассеяния, это важнее, чем индуктивности обмоток.

[dekko]

Хотел посоветовать значительно получше стабилизаторы (и также простые),

какие-такие стабилизаторы?

[viktor8m]

какие-такие стабилизаторы?

Обычные Шиклаи (всего 2 транзистора плюс рефер. напряжение от маломощного источника), быстродействие можно сделать любое (полюс всего один), реакцию на прямоугольник без проблем можно сделать идеальной, выходное сопротивление практически одинаково на всём диапазоне звуковых частот, коэф. стабилизации от десятков до сотен (а в усилитель больше и не надо).

[dekko]

viktor8m, а где схему глянуть? (можно в личку)

[viktor8m]

viktor8m, а где схему глянуть? (можно в личку)

Обычный Шиклаи (см. рисунок), Q2 Дарлингтон, можно на любую мощность сделать, я и в маломощные цепи ставлю (тогда Q2 MPSA64), можно и защиту ввести (всего один диод и резистор).

[Prophetmaster]

Обычный Шиклаи

У такого стаба выходное сопротивление не низкое, хоть и стабильное в зависимости от частоты.
Сегодня, ради прикола, измерил ESR на выходе силовых линий питания у выключенного БП - прибор показывает 0.005 Ом, причем одинаково на всех частотах измерений прибора: 100 Гц, 120 Гц, 1 кГц и 10 кГц

[FEDGEN]

Еще повысить термостабильность можно, если применить плавающий источник смещения, типа как на картинке.
Вложение 190589
В отличие от той же заратустры сия схема более стабильная, да и от одного источника смещения можно раздавать ток смещения через резисторы хоть на сотню-другую параллельных каскадов
Защита же вообще делается тривиально - вырубаем плавающий источник и схема выключается.
Намедне итун безосный мучил по такой архитектуре - ток покоя стоит колом, хотя транзисторы там и в пластмасовых корпусах применены (MJE15030/15031).

Andrey Orloff, как по звуку такое включение смещения по сравнению с Zarathustra.Если можно перейти с этой схемой в Zarathustra.

[viktor8m]

У такого стаба выходное сопротивление не низкое, хоть и стабильное в зависимости от частоты.

Миллиомы (у маломощных десятки, у мощных единицы), а сколько надо, это и так меньше, чем у электролитов.

[клистрон]

еще на Выставке 2011-го года на Горбушке

Prophetmaster, а можно с этого интересного места чуть поподробнее: что за выставка и будут ли ещё?

[sewerin]

У такого стаба выходное сопротивление не низкое, хоть и стабильное в зависимости от частоты.
Сегодня, ради прикола, измерил ESR на выходе силовых линий питания у выключенного БП - прибор показывает 0.005 Ом, причем одинаково на всех частотах измерений прибора: 100 Гц, 120 Гц, 1 кГц и 10 кГц

А на 0Гц (это нужно, схема же УПТ), 10 Гц, 20, 30, 50, 20000, 100000, 1000000?
Если Вас не затруднит, замерьте, пожалуйста, то же самое и у заряженной стартерной АКБ 55-75 Ач, шунтированной фарадой электролитов и 10 мкф хорошей плёнки.

[audiomun]

С такой глубиной ООС, которую обеспечивают операционники на НЧ, достаточно 4700 мкф после диодного мостика и никакого фона не будет.

Для того, чтобы не было фона, для режима АВ вполне достаточно будет и 500 мкФ, а вот для обеспечения на НЧ максимальной амплитуды сигнала на нагрузку 4 Ом, ёмкости в 4700 мкФ явно мало, практический достаточный минимум должен быть не менее 20000мкФ.

Солидные конденсаторы после стабилизатора обеспечивают низкий выходной импеданс на ВЧ

Достаточно низкий и на НЧ.

[В А Ш]

А на 0Гц (это нужно, схема же УПТ), 10 Гц, 20, 30, 50, 20000, 100000, 1000000?
Если Вас не затруднит, замерьте, пожалуйста, то же самое и у заряженной стартерной АКБ 55-75 Ач, шунтированной фарадой электролитов и 10 мкф хорошей плёнки.

Offтопик:
талант у вас задания раздавать...

[Prophetmaster]

а можно с этого интересного места чуть поподробнее: что за выставка и будут ли ещё?

https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post1439249

А на 0Гц (это нужно, схема же УПТ), 10 Гц, 20, 30, 50, 20000, 100000, 1000000?

У моего прибора нет других значений частоты

[Andrey Orloff]

Prophetmaster, в соседней ветке про заратустру выложил сравнение "разогрева" транзисторов в классе А для батарейного смещения и для токового.
Резюме - если А класс, лучше юзать токовые дела, если АВ - то источник напряжения предпочтительнее
График мощности рассеивания в классе А (ток покоя 2,5А) в зависимости от температуры для транзисторов с батарейным смещением (красный) и токовым (зеленый) приведен ниже.

[krulfa]

Offтопик:

А на 0Гц (это нужно, схема же УПТ), 10 Гц, 20, 30, 50, 20000, 100000, 1000000?
Если Вас не затруднит, замерьте, пожалуйста, то же самое и у заряженной стартерной АКБ 55-75 Ач, шунтированной фарадой электролитов и 10 мкф хорошей плёнки.

А зачем измерять, и так просчитывается: АКБ на DC порядка 0.01-0.015 Ом, батарея 1Ф на 1-10 кГц 0.0005-0.001 в зависимости от исполнения разводки
10 мкФ пленки - "на погоны", они ничего не меняют.

[_Сам_]

Достаточно низкий и на НЧ.

На НЧ конденсаторы не так важны. Интегральные стабилизаторы успеют отреагировать на медленный сигнал, но у них есть проблемы с реакцией на ВЧ воздействие (см. прикреплённые картинки из даташита на серию L78xxx). Конденсаторы таких всплесков регулирования ОС не дают.

[Александр Котов]

Обычные Шиклаи (всего 2 транзистора плюс рефер. напряжение от маломощного источника),

А в качестве регулирующего поставить Mosfet и радиаторы уменьшатся раза в три, так как рабочая температура может быть до 110-125 градусов.

[audiomun]

Достаточно низкий и на НЧ.

Просто я подвёл к тому, что при такой большой суммарной ёмкости конденсаторов БП, в стабилизированном питании нет необходимости.

Offтопик:
Не хотел озвучивать сию "крамольную" мысль, дабы не расстраивать Олега.

Еще и в КПД проигрываем, о чём уже было сказано, в результате всё весьма не рационально.

На НЧ конденсаторы не так важны.

Важны, по тем же причинам, даже в случае стабилизированного питания.

Интегральные стабилизаторы успеют отреагировать на медленный сигнал, но у них есть проблемы с реакцией на ВЧ воздействие

Совершенно верно, в этой части, но тогда после стабилизаторов вполне достаточно поставить по конденсатору 2000 мкФ, и параллельно плёночный на 20-30 мкФ.

[_Сам_]

Просто я подвёл к тому, что при такой большой суммарной ёмкости конденсаторов БП, в стабилизированном питании нет необходимости.

Делая аппарат для себя можно позволить роскошь сделать его так, как нравится/хочется без компромиссов, чтобы не грыз червяк сомнений: а может не надо было жадничать и экономить на ёмкости или КПД.