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.

[dekko]

Shaq, зря Вы провоцируете, видимо и схемы/ветки про Ваш усилитель мы не увидим.

[Prophetmaster]

Привел схему в соответствие с изменениями в железе:

[Nick]

Непонятно только нафига тогда по четыре моста. Окромя вреда никакой пользы .

[ISIT_14]

Offтопик:
Nick, а по моему понятно: четыре моста так же как и по четыре стаба - чтобы было. чтоб все было запараллелено! зачем ставить по одному, когда можно запихать по четыре!! и пофиг что по одному вполне достаточно, оно же ведь так не интересно, не спортивно нечего подбирать, настраивать....

[Prophetmaster]

Непонятно только нафига тогда по четыре моста.

Не вижу смысла параллелить и входы стабов, а для одного моста на плечо понадобятся еще и радиаторы охлаждения.

[Alecs]

Не вижу смысла параллелить и входы стабов, а для одного моста на плечо понадобятся еще и радиаторы охлаждения.

Угол открывания мостов будет разный,и меняться будет немного по разному от нагрузки,получим больше помех на стороне трансформатора,это может быть заметно в звуке.Я бы поставил один мост,развязка стабилизаторов RC цепочками думаю будет достачной.
На силовой вторичке 4,7мкф не много будет?Видел как под нагрузкой,с емкостью такого порядка,транс начинал "звенеть",ставил раз в десять меньше,и лучше полипропилен.
Можно попробовать увеличить резисторы на выходе стабилизаторов,поставив паралельно им небольшие индуктивности.Я ставил 0,33 ом и 10 микрогенри,заметно сглаживание на импульсной нагрузке,а в звуковом диапазоне низкое сопротивление.
Вобще я стороник стабилизаторов на транзисторах и ОУ,где можно разумно скоректировать быстродействие стабилизатора внутри схемы,в итоге уменьшив спектр гармоник на выходе.В монолитном исполнении,быстродействие стабилизатора все таки сильно привязано к току,и спектр гармоник в итоге тоже.
Ну большая емкость на выходе,тоже наверное одно из решений проблемы.

[Prophetmaster]

На силовой вторичке 4,7мкф не много будет?Видел как под нагрузкой,с емкостью такого порядка,транс начинал "звенеть"

На какой частоте, приблизительно?
Собственная резонансная частота LC контура, образованного индуктивностью вторички (130 мГн) и этим конденсатором 4.7 мкФ, около 200 Гц. Еще, есть два резистора в этой цепи - активное сопротивление вторички (0.1 Ом) и переходное сопротивление контактов реле софтстарта (0.01 Ом, ориентировочно). Надо подумать, что тут может быть.
Пока никакого звона под нагрузкой не обнаружил, но убрать эти два кондера никогда не поздно, если будет такая необходимость.

Как вариант, "звон" транса мог иметь место, если эти конденсаторы стоят после трансформатора с вторичками, намотанными со средней точкой. У меня они не замыкаются на землю.

Можно попробовать увеличить резисторы на выходе стабилизаторов, поставив паралельно им небольшие индуктивности. Я ставил 0,33 ом и 10 микрогенри, заметно сглаживание на импульсной нагрузке,а в звуковом диапазоне низкое сопротивление.

Была такая мысль, даже думал намотать катушки с активным сопротивлением 0.15 Ом, чтобы резисторы для параллельного соединения соответствовали даташиту, но сопротивление по постоянному току и так достаточно низкое - 0.033 Ом, а в звуковом диапазоне выходной импеданс будет зависеть от суммарного импеданса достабовых емкостей, от их паразитных параметров и от качества линии связи до потребителя энергии. Суммарный импеданс послестабовых емкостей составляет единицы мОм, паразитная индуктивность при параллельном соединении электролитов уменьшается пропорционально их количеству, сопротивление шин питания будет малым, паразитная индуктивность тоже, так как проводники плоские, достаточно короткие и большого сечения (0.5 мм х 32 мм плюс и минус, 0.5 мм х 64 мм - земля)

[Prophetmaster]

Посмотрел спектры питания с помощью железного спектроанализатора Signal Hound USB-SA44B - в диапазоне частот от 10 Гц до 100 кГц не обнаружено никаких паразитных сигналов выше уровня - 90 дБ, что составляет около 0.78 мВ в абсолютном эквиваленте. С конденсаторами 4.7 мкФ, параллельными вторичным обмоткам силового транса, был небольшой пик под нагрузкой и я их "ампутировал", оставив на месте снабберы 0.68 мкФ + 1 Ом . Видимо, пик был бы большой, если бы не огромная послестабовая емкость. В общем, Alecs и Krulfa были правы

При очередной смене полярности питания БП для измерений, забыл разрядить конденсатор, через который подавал сигнал на анализатор и сжег его вход Буду пробовать чинить, но шансов не много, насколько я себе представляю.

[ИГВИН]

Олег, попробуй написать им http://www.signalhound.com/
Терять-то нечего.

[Latvian]

шансов не много, насколько я себе представляю.

Если на входе стоит стабилитрон,то не все потеряно.Мне в подобной ситуации с ЛЦ-метром повезло.

[Prophetmaster]

Offтопик:

Терять-то нечего.

Если на входе стоит стабилитрон,то не все потеряно.Мне в подобной ситуации с ЛЦ-метром повезло.

Попробую вскрыть и посмотреть, но пока не понял конструкцию корпуса и как он открывается

[Alecs]

Была такая мысль, даже думал намотать катушки с активным сопротивлением 0.15 Ом, чтобы резисторы для параллельного соединения соответствовали даташиту, но сопротивление по постоянному току и так достаточно низкое - 0.033 Ом, а в звуковом диапазоне выходной импеданс будет зависеть от суммарного импеданса достабовых емкостей, от их паразитных параметров и от качества линии связи до потребителя энергии. Суммарный импеданс послестабовых емкостей составляет единицы мОм,

Тут наверное лучше сравнивать сопротивление стаба+R и L, и сопротивление C на выходе,на определенной частоте и номинальной нагрузке,что бы стаб гарантировано работал в комфортных условиях.Реакция стаба на резкое изменение нагрузки жеская,и спектр гармоник длинный,а RL и C на выходе,его уменьшат.Я нагружал стаб импульсно, номинальной нагрузкой (2.5 а),с небольшей емкостью на выходе (470 мкф),и смотрел переходный процес на выходе,потом уже ставил остальную емкость.

Буду пробовать чинить, но шансов не много, насколько я себе представляю.

Там вероятно должна быть защита,просто импульс был мощный и она выгорела.В любом случае,до активных элементов там несколько резисторов будет.На промышленых АЦП они как правило и горят,также бывают предохранители на плате,в смд исполнении,видел от десятков милиампер.Востанавливал тонкие сгоревшие дорожки,а входные цепи остались целые.В сервис мануале вероятно указаны параметры и тип защиты.

[Mad optic]

Олег,
На фотографиях видно, что местами применяется достаточно "толстое" и грубое лужение. Можно узнать с какой целью это сделано и какая толщина медного покрытия плат?

[теоретизирующий практик]

Если беспокоит индуктивность шлейфа от ИП до БП, можно сделать его на основе устаревших ныне сигнальных шлейфов от АТА винчестеров. Многократное чередование 80ти впритык расположенных проводников обеспечит такой линии очень маленькую индуктивность. Кстати, удобны и колодки шлейфа и входные гнёзда от списанных винчестеров для разъёмного соединения. Наверное разъём имеет смысл делать с одной стороны, а другую запаять без разъёма.

[Alecs]

Если беспокоит индуктивность шлейфа от ИП до БП, можно сделать его на основе устаревших ныне сигнальных шлейфов от АТА винчестеров.

Если стандартные разьемы с прокалыванием шлейфа,то лучше без них.Когда подгонял ленточные идуктивности мундорф в фильтрах акустики,то оставшуюся ленту оказалось очень удобно использовать в линиях заземления и питания.Кабеля для внутреней разводки акустики от анализ плюс имеют плоскую плетеную структуру и низкую индуктивность,очень удобно припаивать к дорожкам,пропитывая их оловом ,а в изоляции для внутренего силового монтажа тоже неплохи.

[Prophetmaster]

Я нагружал стаб импульсно, номинальной нагрузкой (2.5 а),с небольшей емкостью на выходе (470 мкф),

Я делал тоже самое, только с конденсаторами 220 мкФ на входе стаба и 100 мкФ на выходе - они и остались на схеме и плате.

На фотографиях видно, что местами применяется достаточно "толстое" и грубое лужение. Можно узнать с какой целью это сделано и какая толщина медного покрытия плат?

В местах "толстого и грубого лужения" в плату впаяны провода сечением до 4-х квадратов, для снижения общего сопротивления разводки земли. Такие же методы я применял и ранее, в том числе и в УМ на BUF634T. Толщина меди на платах 70 микрон, кажется.

Если беспокоит индуктивность шлейфа от ИП до БП, можно сделать его на основе устаревших ныне сигнальных шлейфов от АТА винчестеров. Многократное чередование 80ти впритык расположенных проводников обеспечит такой линии очень маленькую индуктивность. Кстати, удобны и колодки шлейфа и входные гнёзда от списанных винчестеров для разъёмного соединения. Наверное разъём имеет смысл делать с одной стороны, а другую запаять без разъёма.

Думаю, что ленточный проводник, впаянный с одной стороны, и на медных болтах с другой стороны, будет не хуже

Там вероятно должна быть защита,просто импульс был мощный и она выгорела.В любом случае,до активных элементов там несколько резисторов будет.

На это и надеюсь В понедельник на работе буду пробовать разбирать.

[Vovk]

забыл разрядить конденсатор, через который подавал сигнал

Да, это обидно, теперь лишние хлопоты. Там надо было сразу намертво разрядный резистор на землю ставить.

[Prophetmaster]

Да, это обидно, теперь лишние хлопоты. Там надо было сразу намертво разрядный резистор на землю ставить.

Конечно обидно, а особенно, если учесть, что он стоит сорок тысяч. Надо было резистор поставить, естественно...

[Mad optic]

В местах "толстого и грубого лужения" в плату впаяны провода сечением до 4-х квадратов, для снижения общего сопротивления разводки земли.

То, что впаяны провода, это видно. Вопрос состоял в том, зачем произведено полное лужение?

[Prophetmaster]

Вопрос состоял в том, зачем произведено полное лужение?

Я не люблю лаковые покрытия на самодельных платах, а полное лужение, чтобы медь не окислялась. Может, это привычка родом из 80-х Медная пластина, которая сверху, та покрыта лаком с двух сторон, а залужены только места крепления конденсаторов.