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.

[Olegyurich]

С разрешения топикстартера, выкладываю схему, которая может подойти к данному БП))
Схемотехника уже опробована много лет назад, звучит отлично, единственный недостаток - КПД около 5%.
Максимальная мощность при питании 26 В - около 22 Вт, ниже приведены спектры при мощности 16 Вт на 1 и 20 кГц. Это полуУПТ)), на нижней частоте Ку падает на 6 дБ, и остается постоянным до 0 Гц. Верхняя частота невысока - порядка 25 кГц по -3 дБ, но применением более качественных выходных транзисторов думаю, можно повысить ее в 2-3 раза. Ее значение зависит от величины нагрузочных резисторов входного каскада, при меньшей мощности проблем нет и с этими транзисторами, а здесь нужно вытянуть усиление((
Коэффициент демпфирования равен 4 для акустики 8 Ом(R12 на схеме - акустика).
Потребляемая мощность - 420..650 Вт на синусе, на музыкальном сигнале в среднем не более 500 Вт.
Схема достаточно термостабильна, при изменении температуры на 20 C, ток покоя изменяется примерно на 10%.
В схеме отсутствуют местные и общие ООС, так что требуется некоторый подбор транзисторов, особенно если хочется нормально подавить четные гармоники и добиться максимальной мощности. Но и без подбора более-менее работает.

[Prophetmaster]

Схемотехника уже опробована много лет назад, звучит отлично, единственный недостаток - КПД около 5%.

Олег, для этого утюга БП нужно было делать не так Мой не подойдет. Схема интересная - никогда не видел ничего подобного.

[Olegyurich]

Мой не подойдет.

А по-моему вполне)) У тебя как раз 4 одинаковых группы стабилизаторов по 26 В. Каждую группу на одно плечо моста. Ну может пару дорожек порежешь.))

[Prophetmaster]

А по-моему вполне)) У тебя как раз 4 одинаковых группы стабилизаторов по 26 В. Каждую группу на одно плечо моста. Ну может пару дорожек порежешь.))

Радиаторы стабов тогда нужно делать гораздо больше площадью, а так, да - 8 положительной полярности стабов на борту, которые по даташиту можно параллелить, через резисторы 0.015 Ом.

[Olegyurich]

Радиаторы стабов тогда нужно делать гораздо больше площадью

Ты же написал, что БП мощностью 600 Вт? Или на стабы это не распространяется?

---------- Добавлено в 00:53 ---------- Предыдущее сообщение в 00:52 ----------

8 положительной полярности стабов на борту

8 положительных и 8 отрицательных. Отрицательные же у тебя точно такие же))

[Prophetmaster]

Ты же написал, что БП мощностью 600 Вт? Или на стабы это не распространяется?

Распространяется, но радиаторы стоят с запасом под ток покоя 3 А, то есть по 700 мА на стаб, а не для подключения утюгов

8 положительных и 8 отрицательных. Отрицательные же у тебя точно такие же))

В одном БП 4Х4, то есть, всего 8.

[Olegyurich]

Распространяется

26 В х 0.7 А х 8 шт = 145 Вт - а не 600. Где я ошибся?
С другой стороны, можешь попробовать и при меньшем токе покоя, если понравится, подумаешь, что можно сделать.))

[Prophetmaster]

26 В х 0.7 А х 8 шт = 145 Вт - а не 600. Где я ошибся?

Это не мощность БП, а потребляемая УМ, при токе покоя 3 А. Стабы 7.5 А каждый, то есть мощность БП ограничена только сетевым трансом, а если нагружать БП постоянно на полную мощность, то радиаторы стабов хорошо бы увеличить - я это имел в виду. Может и так потянут, но будут очень горячие

[Olegyurich]

Да нет, у тебя мощность БП ограничена площадью радиаторов.))

[audiomun]

Где я ошибся?

Просто ты посчитал мощность по току покоя усилителей, а 600 Вт имеется ввиду максимальная мощность БП.

Offтопик:
Вот и Олег уже ответил.

[Prophetmaster]

Да нет, у тебя мощность БП ограничена площадью радиаторов.))

Прикинул - и с этими радиаторами все будет нормально, где-то 10-12 Вт на радиатор надо будет рассеять тепла, потому что напряжение транса под такой нагрузкой просядет и, соответственно, уменьшится входное напряжение стаба Вольт до 30, а разница между входом и выходом LT1083CP сократится до 3-4 В.

P.S.
Посчитал общую площадь радиаторов стабов - 3000 кв.см.

[Olegyurich]

Просто ты посчитал мощность по току покоя усилителей, а 600 Вт имеется ввиду максимальная мощность БП.

Тогда уж скорее пиковая. Т.к. БП выдает постоянное напряжение, то когда пишут "мощность БП", обычно имеется в виду долговременная мощность. Особенно когда это черный ящик, и неизвестно что от него будут питать.

Прикинул - и с этими радиаторами все будет нормально

Ну, вот и хорошо)) Хотя такая просадка - это не слишком хорошо, перехвалили ты Аудиоинструмент.))

[Александр Котов]

Я пока не знаю что с УН. Решил доделать блоки питания, а потом думать только над схемой усилителя.

Народ ждёт УМ на 82 шт BUF634 и limited-edition версию на 83 шт BUF634

[Prophetmaster]

Хотя такая просадка - это не слишком хорошо, перехвалил ты Аудиоинструмент.))

20 А во вторичке это очень много. У этого транса вторичные обмотки намотаны проводом сечением 2 мм, сопротивление у них по 0.1 Ом, у первички - 2.7 Ом. При токе 20 А просадка будет у любого транса такой габаритной мощности. Аудиоинструмент делает очень хорошие трансы.

[Olegyurich]

Ток покоя там около 16 А, но это не имеет значения, 20-30% просадка это многовато на мой взгляд. Трансы, которые я использую дают менее 5% на мощности 80% от номинальной.

[Prophetmaster]

Что с УН? Схемы в п#1 как то не очень

Хотел добавить по этому поводу. Схема УН с раскачкой по шинам питания мной уже усовершенствована немного и теперь отлично работает в симуляторе как на большом, так и на совсем малом сигнале, без выбросов на меандре и со скоростью около 500 В/мкс внутри петли ОООС. Выложу ее чуть позже. Однако, для дальнейшего развития мне не хватает нормально работающей модели ОУ LME49713 для Мультисим. Я скачал модель с сайта производителя, добавил ее по найденной инструкции в Мультисим, но она работает некорректно.

---------- Добавлено в 11:20 ---------- Предыдущее сообщение в 11:15 ----------

20-30% просадка это многовато на мой взгляд. Трансы, которые я использую дают менее 5% на мощности 80% от номинальной.

Я не пробовал так нагружать, прикинул на пальцах, возможно, несовсем правильно. Может и меньше будет. Да и просадка с 36 В до 30 В - это менее 17% при нагрузке 100%.

[antiluser]

со скоростью около 500 В/мкс

Эта скорость в линейном режиме?

[Prophetmaster]

Эта скорость в линейном режиме?

По фронту меандра 100 кГц, при максимальном выходном напряжении, но до ограничения сигнала на синусе.

[antiluser]

По фронту меандра 100 кГц, при максимальном выходном напряжении, но до ограничения сигнала на синусе.

Чтобы точно знать, что усилитель находится в линейном режиме, скорость нужно замерять на ВЧ синусе, подобрав амплитуду и частоту до начала спрямления формы сигнала.

[viktor8m]

Чтобы точно знать, что усилитель находится в линейном режиме, скорость нужно замерять на ВЧ синусе, подобрав амплитуду и частоту до начала спрямления формы сигнала.

А зачем? Испытание на прямоугольном сигнале даёт максимальную скорость, которую усилитель никогда больше не даст, а при подаче любого другого сигнала (в т.ч. синуса) с меньшей скоростью изменения усилитель полностью передаст эту скорость.