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.

[MAXIM_A]

В тему о трансах: почему по разному включаются трансы, одни тихо, а другие с гулом, и проседанием напряжения сети?
Какие лучше, и почему? При одинаковой мощности....

[Дмитрий С]

почему по разному включаются трансы, одни тихо, а другие с гулом

В основном определяется тремя факторами: пропиткой железа, качеством железа и количеством витков на вольт.

[Валет]

В дополнение к предыдущему моему посту. Необходимо также учитывать, что напряжение на катушке, которая использовалась в качестве датчика полей рассеивания тр-тора, пропорционально не самому полю, а скорости его изменения, т.к. наведенная ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Именно скорость изменения магнитного поля важна в качестве фактора, влияющего на наводки на УМЗЧ.

В тему о трансах: почему по разному включаются трансы, одни тихо, а другие с гулом, и проседанием напряжения сети?

Включение тр-тора сопряжено (в зависимости от фазы сетевого напряжения и остаточной намагниченности сердечника) с появлением постоянного подмагничивания сердечника на время переходного процесса (это несколько периодов частоты сети). При включении мощных трансформаторов с максимальным использованием индукции магнитопровода это приводит к насыщению сердечника и большому пусковому току, что может даже приводить даже к срабатыванию защиты, если она имеет достаточное быстродействие. Если защита инерционная (например, с биметаллом), то это и приводит к Вашему эффекту, имхо.

[MAXIM_A]

В основном определяется тремя факторами: пропиткой железа, качеством железа и количеством витков на вольт.

Наверно железо разное, параметры обмоток и мощность одинаковая. Делались на одной фирме....

[Semigor]

А для ещё большей надёжности развязки я бы каждый выпрямительный мост к обмотке подключил бы через 0.1 Ом

ИМХО, хороший совет. Я всегда так делаю, если позволяет запас по выходному напряжению трансформатора.
Это позволяет снизить амплитуду импульсов зарядного тока конденсаторов Ia:
Ia = Uxx /√(2*Rи*Rн),
где
Uxx - напряжение холостого хода
Rн - эквивалентное сопротивление нагрузки
Rи - внутреннее сопротивление источника переменного напряжения.

[Nick]

Образование поля рассеивания трансформатора при импульсной нагрузке процесс сложный, т.к. индуктивность рассеивания зависит от частоты и при широком спектре отбираемого от трансформатора тока, имхо, плохо поддается расчету (а мне вообще не поддается).

Ну в начале разговора вы ничего не говорили за "особенности" индуктивности рассеивания, а говорили только за ток в диодном мосте и его модуляцию:

А поскольку импульсный ток через диоды моста значительно больше потребляемого усилителем тока, то модуляция будет очень «мелкой».

Думаю я достаточно привёл информации, чтобы увидеть что ваше утверждение неверно. Про поле рассеивания это отдельный разговор, и его начинать мне не хочется.
PS. Прошу прощения Олег, за оффтопик.

[krulfa]

Это позволяет снизить амплитуду импульсов зарядного тока конденсаторов Ia:
Ia = Uxx /√(2*Rи*Rн),

К сожалению, нет. Величина тока в момент, когда диодный мост открыт, приблизительно равна величине dU/dt * Cпр + Iпр, где dU/dt - мгновенная скорость нарастания сетевого напряжения, Cпр - приведенная величина суммарной входной емкости конденсаторов выпрямителя, а Iпр - приведенный ток нагрузки.

На каком участке синусоиды откроется мост и какое в этот момент будет dU/dt, определяется углом отсечки выпрямителя, который определяется нагрузкой.

Последовательное включение резисторов незначительно снижает амплитуду импульсов заряда, если оставаться в пределах разумных КПД.

Например, был транс с КПД 90% на расчетной нагрузке. Добавлением резистора во вторичную обмотку, равного приведенному импедансу трансформатора, увеличим потери в 2 раза, тогда КПД вместо 90% станет 80% (это где-то 0.2-0.3 Ом для типичных трансов). А амплитуда тока заряда уменьшится намного меньше, чем возрастут потери, где-то на 11% (1-0.8/0.9). Это легко проверяется симулятором.

Тем не менее, положительное влияние таких резисторов на звук есть. И лежит оно в другом месте.

Во-первых, это сопротивление находится последовательно с межобмоточной емкостью и последовательно с общим проводом межблочного кабеля, имеющего низкий импеданс, и тут даже 0.1 Ом может быть хорошо слышно. Для этой цели, конечно, резисторы лучше ставить в первичку, а не во вторичку.

Во-вторых, если продолжить рассмотрение примера выше, проникновение переменной составляющей Iпр в электросеть сократится ровно в 2 раза - совместно с конденсаторами фильтра это RC ФНЧ, и увеличение R в 2 раза понизит частоту среза и в 2 раза лучше задавит ЗЧ.

[Prophetmaster]

Для этой цели, резисторы лучше ставить в первичку, а не во вторичку.

Они у меня там и есть


Федор, а как тебе это предложение:

ввести в каждом отрицательном плече по 0.47 Ом между ёмкостями 22000 мкФ (т.е. между минусовыми обкладками С53 и С54 и т.д.)?

[krulfa]

Стоп, еще один важный фактор упустил: резистор во вторичке (или в первичке) хорошо снижает скорость нарастания импульсов зарядного тока, делает процесс более мягким.

Скорость нарастания импульсов тока на начальном участке импульса, где еще скорость нарастания напряжения на конденсаторах мала:

dI/dt ~= dU/dt / (Rпр + rд + R*) где dU/dt - скорость роста напряжения в сети, Rпр - приведенное сопротивление обмоток трансформатора, rд - динамическое сопротивление диодов моста, и R* - исследуемое сопротивление в первичке (или вторичке).

[Валет]

Ну и какая же она нафиг тогда очень мелкая? Вы смотрите только амплитуду и рассуждаете исходя из этого

Думаю я достаточно привёл информации, чтобы увидеть что ваше утверждение неверно

Модуляция импульсов тока заряда фильтровых конденсаторов практически отсутствует для усиливаемых частот выше 50 Гц, по причинам:
-низкой частоты дискретизации (100 гц)
-фильтрации этих частот в цепях питания УМЗЧ.

Для очень низких частот модуляция будет мала, т.к. ток на выходе усилителя на этих частотах не может быть более тока, который потребляет весь усилитель, а средний ток импульса зарядки фильтровых конденсаторов в несколько раз превышает потребляемый усилителем ток. Изменение тока сигнала к току в импульсе зарядки получается небольшим, даже если забыть о фильтрации по цепям питания УМЗЧ.

Почему Вы так много внимания уделяете этому практически (имхо) ни на что не влияющему вопросу?

[krulfa]

Они у меня там и есть

Они у тебя "неправильные": нужно ставить в оба сетевых провода, а не только в один, и можно чуть побольше.

Федор, а как тебе это предложение:

ввести в каждом отрицательном плече по 0.47 Ом между ёмкостями 22000 мкФ (т.е. между минусовыми обкладками С53 и С54 и т.д.)?

Исключительно положительно. Тогда можно 0.1 Ом на выходах не трогать.

[Prophetmaster]

Они у тебя "неправильные": нужно ставить в оба сетевых провода, а не только в один, и можно чуть побольше.

Они стоят на пути фазы сети. А зачем два резистора?

Исключительно положительно. Тогда можно 0.1 Ом на выходах не трогать.

В развитие этой темы меня посетила следующая мысль: поставить резисторы 0.47 Ом до стабов между конденсаторами 22000 мкФ и по (+) питания и по (-), а резисторы 0.1 Ом вообще убрать, при условии, что напряжения выходов стабов подогнаны с точностью до нескольких мВ, а линии питания между собой не параллелить. В таком случае, RC цепь 0.94 Ом + 22000 мкФ образует фильтр с частотой среза около 7.7 Гц еще до стабилизаторов, а после стабов резисторов не будет перед емкостями, но будет низкое выходное сопротивление БП.

[Nick]

Модуляция импульсов тока заряда фильтровых конденсаторов практически отсутствует для усиливаемых частот выше 50 Гц, по причинам:
-низкой частоты дискретизации (100 гц)
-фильтрации этих частот в цепях питания УМЗЧ.

Ну опять двадцать пять. Причём здесь частота усиливаемого сигнала, если оно модулируется потребляемым током вне зависимости от его знака. Модулируется модулем тока потребления - "выпрямленной музыкой". Поэтому например если на выходе усилителя нет сигнала 0.5сек, а потом есть 1кГц в течении 0.5сек, потом опять ничего 0.5сек, и.т.д, то и ток через мосты промодулируется частотой 1Гц, а не 1кГц. Громче музыка - больше пульсации, тише - меньше. Модулируется очень сильно, что не амплитудно, так широтно. В разностном сигнале усилителя слышно как гул возрастает, когда мощность музыки возрастает и затихает, как музыка затихает. Так понятно?

(Причём этот гул затихет с задержкой, из-за конденсаторов. Т.е. музыки уже не слышно, а гул ещё есть, и поэтому может не быть "эффекта тишины" и есть зависимость в звучании от количества ёмкости/интегратора, причём может становиться хуже, когда ёмкости больше и.т.д.).
---------- Добавлено в 15:24 ---------- Предыдущее сообщение в 15:23 ----------

Почему Вы так много внимания уделяете этому практически (имхо) ни на что не влияющему вопросу?

Потому что не разобравшись сами вы вводите всех в заблужденине. Вопрос практически может иметь очень много значения, зависит от условий.

[Semigor]

К сожалению, нет ...

Считаете, формула неверна?

Величина тока в момент,
когда диодный мост открыт, приблизительно
равна величине dU/dt * Cпр + Iпр, где dU/dt -
мгновенная скорость нарастания сетевого
напряжения, Cпр - приведенная величина
суммарной входной емкости конденсаторов
выпрямителя, а Iпр - приведенный ток
нагрузки.
На каком участке синусоиды откроется мост и
какое в этот момент будет dU/dt,
определяется углом отсечки выпрямителя,
который определяется нагрузкой.

Вы написали тоже самое, только в неявном виде.

Последовательное включение резисторов
незначительно снижает амплитуду импульсов
заряда, если оставаться в пределах разумных
КПД.

Разумеется, поскольку амплитуда зарядного тока в разы больше среднего.

[Валет]

Ну опять двадцать пять. Причём здесь частота усиливаемого сигнала, если оно модулируется потребляемым током вне зависимости от его знака. Модулируется модулем тока потребления - "выпрямленной музыкой". Поэтому например если на выходе усилителя нет сигнала 0.5сек, а потом есть 1кГц в течении 0.5сек, потом опять ничего 0.5сек, и.т.д, то и ток через мосты промодулируется частотой 1Гц, а не 1кГц. Громче музыка - больше пульсации, тише - меньше.

.
Из вашего поста следует только, что (для класса АВ) мощность, потребляемая усилителем от сети, зависит от мощности, отдаваемой в колонки, со всем, что из этого вытекает. Но это для начинающих, разговор-то совсем о другом.

Фраза

Вопрос практически может иметь очень много значения, зависит от условий.

пустая отговорка, свидетельствующая о непонимании сути процессов в БП.

Если быть ближе к теме ветки, то в классе А потребление тока усилителем постоянно, и никакой модуляции импульсного тока моста переменной составляющей тока потребления (которая уходит через стаб и попадает далее через диодный мост в трансформатор, интермодулируя с частотой сети и растекаясь магнитными полями по всему конструктиву) вообще не может быть.

На этом диспут заканчиваю. Что касается

не разобравшись сами вы вводите всех в заблужденине.

то оставляю это на вашей совести.

[krulfa]

Считаете, формула неверна?

Я ожидал увидеть в ней величину емкости конденсаторов фильтра, поскольку от них много что зависит.

---------- Добавлено в 20:07 ---------- Предыдущее сообщение в 19:58 ----------

Если быть ближе к теме ветки, то в классе А потребление тока усилителем постоянно, и никакой модуляции импульсного тока моста переменной составляющей тока потребления (которая уходит через стаб и попадает далее через диодный мост в трансформатор, интермодулируя с частотой сети и растекаясь магнитными полями по всему конструктиву) вообще не может быть.

Есть разные варианты исполнения класса А. Например, в ламповых каскадах с дроссельной нагрузкой от БП действительно забирается только чистый ток покоя.
А в транзисторном двухтакте класса А суммарная мощность, потребляемая усилителем, остается постоянной, а мгновенная перераспределяется между верхним и нижним плечом выпрямителя вслед за амплитудой сигнала. И по конденсаторам фильтра БП течет вся переменная составляющая выходного тока. И поскольку их емкость конечна, образуется девиация мощности потребления, которая проходит в мосты и в трансформатор, и только там все наконец-то взаимопогашается. А индуктивности рассеяния "светят" себе каждая по-своему, поскольку обмотки неидентичны.

[Semigor]

Так амплитуда импульса зарядного тока от величины емкости практически не зависит.
В Вашей формуле произведение скорости нарастания напряжения на емкость в первом приближении константа.

[krulfa]

Так амплитуда импульса зарядного тока от величины емкости практически не зависит.
В Вашей формуле произведение скорости нарастания напряжения на емкость в первом приближении константа.

Зависимость не прямо пропорциональная, но есть.
Моделирование 500 мкФ против 2000 мкФ, 50 ом нагрузки, 25 В на входе, однополупериодная схема.
Средневыпрямленное напряжение 18В против 22В, рост ~22%. Амплитуда импульса зарядного тока 3.6А против 8.8А, рост ~240%.
Соотвественно амплитуда зарядного тока выросла намного больше, чем выросла потребляемая мощность. Поэтому расчет через эквивалентное сопротивление нагрузки, которое если и рассчитывать, то через потребляемую мощность, очень и очень приблизителен.

P.S. В данной схеме резисторов сопротивление первички отсутствует, есть только диод. Видим очень крутой фронт нарастания тока - сразу до величины dU/dt * C. Вот почему ламповики так любят кенотроны.

[Nick]

.
Из вашего поста следует только, что (для класса АВ) мощность, потребляемая усилителем от сети, зависит от мощности, отдаваемой в колонки, со всем, что из этого вытекает. Но это для начинающих, разговор-то совсем о другом.

Помоему только вам одному известно о чём вы разговоривате. Я уже два дня пишу об одном и том же, а вы каждый раз это по разному понимаете.

---------- Добавлено в 13:43 ---------- Предыдущее сообщение в 13:40 ----------

пустая отговорка, свидетельствующая о непонимании сути процессов в БП.

Да, оно если не мерять, а только фатазировать, то конечно. Вы то реально суть понимаете. То у вас поле рассеяния без индуктивности рассеяния, то не модулируется ничего потому что ток большой...

[Валет]

Есть разные варианты исполнения класса А.

Если имеются в виду параллельный и последовательный двухтактные каскады, то они оба содержат переменную составляющую в потребляемом от БП токе.
В параллельном каскаде это переменная составляющая выпрямленного тока сигнала.
В последовательном каскаде при питании от двухполярного источника от каждого из источников отбирается ток, близкий по форме половине тока нагрузки, в противофазе.
В последовательном каскаде при питании от однополярного источника питания потребляет ток, близкий по форме к усиленному.
Средний за период ток во всех случаях постоянен, но переменная составляющая потребляемого тока имеется во всех трех случаях. Разница не качественная, а только количественная и она учитывается при проектировании БП. Но во всех случаях ток от БП зависит от мощности на выходе усилителя, и помехи от силовика представляют собой рокот двойной сетевой частоты, изменяющийся по уровню в соответствии с усредненной (на некотором периоде времени) потребляемой усилителем мощностью.
Звуковые частоты выше 50 Гц в принципе не могут пройти через выпрямительный мост на трансформатор.