Схемы устройств плавного пуска умзч. Плавный пуск импульсных и трансформаторных блоков питания. Схема устройства для мягкого включения УНЧ

При конструировании блоков питания усилителей часто возникают проблемы, никак не связанные с самим усилителем, или являющиеся следствием применённой элементной базы. Так в блоках питания транзисторных усилителей большой мощности часто возникает проблема реализовать плавное включение блока питания, то есть обеспечить медленный заряд электролитических конденсаторов в сглаживающем фильтре, которые могут иметь весьма значительную ёмкость и, без принятия соответствующих мер, в моменты включения просто выведут из строя диоды выпрямителя.

В блоках питания ламповых усилителей любой мощности необходимо обеспечить задержку подачи высокого анодного напряжения до прогрева ламп, чтобы избежать преждевременного обеднения катода и как следствие существенного сокращения ресурса лампы. Конечно, при использовании кенотронного выпрямителя эта проблема решается сама собой. Но в случае использования обычного мостового выпрямителя с LC-фильтром, без дополнительного устройства не обойтись.

Обе вышеизложенные проблемы позволяет решить простое устройство, которое может быть легко встроено как в транзисторный, так и в ламповый усилитель.

Схема устройства.

Принципиальная схема устройства плавного включения представлена на рисунке:

Увеличение по клику

Переменное напряжение на вторичной обмотке трансформатора ТР1 выпрямляется диодным мостом Br1 и стабилизируется интегральным стабилизатором VR1. Резистор R1 обеспечивает плавный заряд конденсатора C3. Когда напряжение на нём достигнет пороговой величины, откроется транзистор Т1, в результате чего сработает реле Rel1. Резистор R2 обеспечивает разряд конденсатора C3 при выключении устройства.

Варианты включения.

Контактная группа реле Rel1 подключается в зависимости от типа усилителя и организации блока питания.

Для примера, чтобы обеспечить плавный заряд конденсаторов в блоке питания транзисторного усилителя мощности , представленное устройство можно использовать для шунтирования балластного резистора после заряда конденсаторов, чтобы исключить потери мощности на нём. Возможный вариант включения показан на схеме:

Номиналы предохранителя и балластного резистора не указаны, так как выбираются, исходя из мощности усилителя и ёмкости конденсаторов сглаживающего фильтра.

В ламповом усилителе представленное устройство поможет организовать задержку подачи высокого анодного напряжения до прогрева ламп, что позволяет существенно продлить их ресурс работы. Возможный вариант включения представлен на рисунке:

Схема задержки здесь включается одновременно с накальным трансформатором. После прогрева ламп включится реле Rel1, в результате чего сетевое напряжение будет подано на анодный трансформатор.

Если в вашем усилителе используется один трансформатор и для питания цепей накала ламп, и для анодного напряжения, тогда контактную группу реле следует перенести в цепь вторичной обмотки анодного напряжения .

Элементы схемы задержки включения (плавного пуска):

• Предохранитель: 220В 100мА,
• Трансформатор: любой маломощный с выходным напряжением 12-14В,
• Диодный мост: любой малогабаритный с параметрами 35В/1А и выше,
• Конденсаторы: С1 — 1000мкФ 35В, С2 — 100нФ 63В, С3 — 100мкФ 25В,
• Резисторы: R1 — 220кОм, R2- 120 кОм,
• Транзистор: IRF510,
• Интегральный стабилизатор: 7809, LM7809, L7809, MC7809 (7812),
• Реле: с рабочим напряжением обмотки 9В (12В для 7812) и контактной группой соответствующей мощности.

Из-за малого тока потребления микросхему стабилизатора и полевой транзистор можно монтировать без радиаторов.

Однако у кого-то может возникнуть идея отказаться от лишнего, пусть и малогабаритного, трансформатора и запитать схему задержки от напряжения накала. Учитывая, что стандартное значение напряжения накала ~6.3В, придётся заменить стабилизатор L7809 на L7805 и применить реле с рабочим напряжением обмотки 5В. Такие реле обычно потребляют значительный ток, в этом случае микросхему и транзистор придётся снабдить небольшими радиаторами.

При использовании реле с обмоткой на 12В (как-то чаще встречаются) микросхему интегрального стабилизатора следует заменить на 7812 (L7812, LM7812, MC7812).

С указанными на схеме номиналами резистора R1 и конденсатора С3 время задержки включения составляет порядка 20 секунд . Для увеличения временного интервала необходимо увеличить ёмкость конденсатора С3.

Статья подготовлена по материалам журнала «АудиоИкспресс»

Вольный перевод Главного редактора «РадиоГазеты».

Одной из важнейших проблем, возникающих при конструировании радиоаппаратуры, является проблема обеспечения ее надежности. В основе решения этой проблемы лежат оптимальный расчет конструкции аппарата и хорошая наладка при его изготовлении. Однако даже в оптимально рассчитанном и налаженном аппарате всегда остается опасность выхода его из строя в момент включения сетевого питания. Наиболее велика эта опасность для аппаратуры с высоким энергопотреблением — усилителем мощности звуковой частоты (УМЗЧ).

Дело в том, что в момент включения сетевого питания элементы блока питания УМЗЧ испытывают значительные импульсные перегрузки по току. Наличие в фильтрах выпрямителей разряженных оксидных конденсаторов большой емкости (до десятков тысяч микрофарад) вызывает в момент включения питания практически короткое замыкание выхода выпрямителя.

При напряжении питания 45 В и емкости фильтрующего конденсатора 10000 мкФ ток зарядки такого конденсатора в момент включения питания может достигать 12 А. Практически в этот момент трансформатор блока питания работает в режиме короткого замыкания. Продолжительность указанного процесса невелика, однако вполне достаточна при определенных условиях для вывода из строя, как трансформатора питания, так и диодов выпрямителя.

Кроме блока питания, и сам УМЗЧ в момент включения питания испытывает значительные перегрузки. Они вызваны возникающими в нем нестационарными процессами из-за установления режимов активных элементов по току и напряжению и замедленного включения в работу встроенных систем обратных связей. И чем выше номинальное напряжение питания УМЗЧ, тем больше амплитуда таких перегрузок и соответственно выше вероятность возникновения повреждений элементов усилителя.

Конечно, и раньше делались попытки защитить УМЗЧ от перегрузок при включении питания. Было предложено устройство, защищавшее усилитель от перегрузок, выполненное в виде мощного двухполярного стабилизатора напряжения питания, который при включении в первый момент подавал на усилитель напряжение ±10 В, а затем постепенно повышал его до номинального значения ±32 В. По мнению автора этого устройства, оно позволило существенно улучшить надежность работы УМЗЧ и отказаться от использования в нем традиционных систем зашиты акустических систем от перегрузок при включении питания.

При бесспорных достоинствах этого устройства у него имеются и недостатки — устройство защищало только УМЗЧ, но оставляло без зашиты его блок питания, из-за сложности собственной конструкции само по себе являлось ненадежным.

Вашему вниманию предлагается простое и надежное устройство “мягкого” включения питания УМЗЧ, защищающее от перегрузок как сам УМЗЧ, так и его блок питания. Оно доступно для изготовления даже начинающему радиоконструктору и может быть использовано как при разработке новых образцов радиоаппаратуры, так и при модернизации существующих, в том числе и промышленного изготовления.

Принцип работы

Принцип работы устройства заключается в двухступенчатой подаче напряжения питания на первичную обмотку трансформатора блока питания УМЗЧ. В цепь первичной обмотки трансформатора блока питания последовательно включен мощный балластный резистор (рис.1). Величина его сопротивления рассчитана в соответственно с габаритной мощностью трансформатора таким образом, чтобы при включении напряжение переменного тока на первичной обмотке составляло примерно половину напряжения сети.

Тогда в момент включения соответственно в два раза будет меньше и переменное напряжение вторичных обмоток трансформатор, и напряжение питания УМЗЧ. За счет этого резко уменьшаются амплитуды импульсов тока и напряжения на элементах выпрямителя и УМЗЧ. Нестационарные процессы при пониженном напряжении питания протекают существенно «мягче».

Затем через несколько секунд после включения питания балластный резистор R1 замыкается контактной группой К1.1 и на первичную обмотку трансформатора питания подается полное напряжение сети. Соответственно восстанавливаются до номинальных значений напряжения блока питания.

К этому времени конденсаторы фильтров выпрямителя уже заряжены до половины штатного напряжения, что исключает возникновение мощных импульсов тока через вторичные обмотки трансформатора и диоды выпрямителя. В УМЗЧ к этому времени нестационарные процессы тоже закончены, включены системы обратных связей, и подача полного напряжения питания каких-либо перегрузок в УМЗЧ не вызывает.

При отключении сетевого питания контакты К1.1 размыкаются, балластный резистор снова оказывается подключенным последовательно с первичной обмоткой трансформатора и весь цикл может быть повторен. Само устройство «мягкого» включения питания состоит из бестрансформаторного блока питания, таймера, нагруженного на электромагнитное реле. Конструкция устройства и режимы его элементов выбраны с учетом максимального запаса надежности в эксплуатации. Схема его приведена на рис. 1.

При подаче на блок питания УМЗЧ выключателем SB1 напряжения сети через токоограничивающие элементы R2 и С2 одновременно оно подается на мостовой выпрямитель, собранный на диодах VD1 — VD4. Выпрямленное напряжение фильтруется конденсатором СЗ, ограничивается стабилитроном VD5 до величины 36В и подается на таймер, выполненный на транзисторе VT1. Протекающий через резисторы R4 и R5 ток заряжает конденсатор С4, по достижению на нем напряжения примерно 1,5 В транзистор VT1 переходит в открытое состояние — реле К1 срабатывает и контактами К1.1 шунтирует балластный резистор R1.

Детали

В конструкции устройства использовано герметичное электромагнитное реле РЭНЗЗ исполнения РФ4.510.021 с рабочим напряжением 27 В и током срабатывания 75 мА. Возможно использование и других типов реле, допускающих коммутирование индуктивной нагрузки переменного тока частотой 50 Гц не менее 2 А, например, РЭН18, РЭН19, РЭН34.

В качестве VT1 использован транзистор с большим значением параметра коэффициента передачи тока — КТ972А. Возможно применение транзистора КТ972Б. При отсутствии указанных транзисторов подойдут транзисторы со структурой проводимости р-n-р, например, КТ853А, КТ853Б, КТ973А, КТ973Б, но только в этом случае полярность всех диодов и конденсаторов данного устройства следует изменить на противоположную.

При отсутствии транзисторов с большим коэффициентом передачи тока можно использовать схему составного транзистора из двух транзисторов по схеме, приведенной на рис. 2. В качестве VT1 в этой схеме применимы любые кремниевые транзисторы с допустимым напряжением коллектор-эмиттер не менее 45 В и достаточно большим коэффициентом усиления по току, например, типов КТ5ОЗГ, КТ3102Б. В качестве транзистора VT2 — транзисторы средней мощности с такими же параметрами, например, КТ815В, КТ815Г, КТ817В, КТ817Г или аналогичные им. Подключение варианта составного транзистора производится в точках А-Б-В основной схемы устройства.

Кроме диодов КД226Д, в устройстве можно использовать диоды КД226Г, КД105Б, КД105Г. В качестве конденсатора С2 применен конденсатор типа МБГО с рабочим напряжением не менее 400 В. Параметры токоограничивающей цепи R2C2 обеспечивают максимальный переменный ток примерно 145 мА, что вполне достаточно, когда применяется электромагнитное реле с током срабатывания 75 мА.

Для реле с током срабатывания 130 мА (РЭН29) емкость конденсатора С2 потребуется увеличить до 4 мкФ. При использовании реле типа РЭН34 (ток срабатывания 40 мА) достаточно емкости 1 мкФ. Во всех вариантах изменения емкости конденсатора его рабочее напряжение должно составлять не менее 400 В. Кроме металлобумажных конденсаторов, неплохие результаты могут быть получены при использовании металлопленочных конденсаторов типов К73-11, К73-17, К73-21 и т.д.

В качестве балластного резистора R1 применен остеклованный проволочный резистор ПЭВ-25. Указанная номинальная мощность резистора рассчитана для использования совместно с трансформатором питания, имеющим габаритную мощность около 400 Вт. Для другого значения габаритной мощности и половинного напряжения первой ступени сопротивление резистора R1 может быть пересчитано по формуле:

R1 (Ом) = 48400 / Раб (Вт).

Настройка

Регулировка устройства сводится к установлению времени срабатывания таймера для задержки включения работы второй ступени. Это можно сделать подбором емкости конденсатора С5, поэтому целесообразно его составить из двух конденсаторов, что облегчит процесс регулировки.

Примечание: В авторском варианте устройства в цепи питания отсутствует плавкая вставка (предохранитель). В номинальном режиме работы она, конечно, не требуется. Но ведь всегда могут возникнуть нештатные аварийные ситуации — короткие замыкания, пробои элементов и др. т.к. автор и сам аргументирует необходимость использования своей конструкции именно такой ситуацией, тогда роль защитного элемента берет на себя резистор R2, он разогревается и сгорает.

Применение плавкой вставки при аварийных ситуациях вполне оправданно. Она дешевле, ее проще приобрести и время срабатывания настолько меньше, что другие элементы не успевают разогреться и причинить какой-то дополнительный ущерб. Ну и наконец, это общепринятый, отработанный много раз проверенный способ защиты устройств от возможных последствий неисправностей аппаратуры.

Литература:

1. Сухов Н. УМЗЧ высокой верности. – Радио, 1989, № 6, 7.
2. Клецов В. Усилитель НЧ с малыми искажениями. – Радио, 1983, № 7, с. 51-53; 1984, № 2, с. 63-64.

Схема плавного пуска обеспечивает задержку около 2-х секунд, что позволяет плавно зарядить конденсаторы большей емкости без скачков напряжения и моргания лампочки дома. Ток заряда ограничен величиной: I=220/R5+R6+Rt.
где Rt - сопротивление первичной обмотки трансформатора постоянному току, Ом.
Сопротивление резисторов R5, R6 можно принимать от 15 Ом до 33 Ом. Меньше - не эффективно, а больше - увеличивается нагрев резисторов. С номиналами указанными на схеме, максимальный пусковой ток будет ограничен, приблизительно: I=220/44+(3...8)=4.2...4.2А.

Основные вопросы возникающие у новичков при сборке:

1. На какое напряжение ставить электролиты?
Напряжение электролитов указано на печатной плате - это 16 и 25В.

2. На какое напряжение ставить не полярный конденсатор?
Напряжение его так же указано на печатной плате - это 630В (допускается 400В).

3. Какие транзисторы можно применить вместо BD875?
КТ972 с любым буквенным индексом или BDX53.

4. Можно ли применять вместо BD875 не составной транзистор?
Можно, но лучше поискать именно составной транзистор.

5. Какое реле необходимо применять?
Реле должно иметь катушку на 12В с током не более 40мА, а лучше 30мА. Контакты должны быть рассчитаны на ток не менее 5А.

6. Как увеличить время задержки?
Для этого необходимо увеличить емкость конденсатора С3.

7. Можно ли применять реле с другим напряжением катушки, например 24В?
Нельзя, схема работать не будет.

8. Собрал - не работает
Значит это твоя ошибка. Схема собранная на исправных деталях начинает работать сразу и не требует настройки и подбора элементов.

9. На плате есть предохранитель, на какой ток его применять?
Ток предохранителя я рекомендую рассчитывать так: Iп=(Pбп/220)*1.5. Полученное значение округляем в сторону ближайшего номинала предохранителя.

Обсуждение статьи на форуме:

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
VT1	Биполярный транзистор	BDX53	1	КТ972, BD875		В блокнот
VDS1	Выпрямительный диод	1N4007	4			В блокнот
VD1	Стабилитрон	1N5359B	1	24 В		В блокнот
VD2	Выпрямительный диод	1N4148	1			В блокнот
C1	Конденсатор	470 нФ	1	Не менее 400 В		В блокнот
C2, C3	Электролитический конденсатор	220 мкФ	2	25 В		В блокнот
R1	Резистор	82 кОм	1			В блокнот
R2	Резистор	220 Ом	1	2 Вт		В блокнот
R3	Резистор	62 кОм	1			В блокнот
R4	Резистор	6.8 кОм	1			В блокнот
R5, R6	Резистор

В статье использованы материалы из статьи Алексея Ефремова . Идея разработки устройства плавного старта БП у меня появилась давно, и на первый взгляд должна была реализоваться достаточно просто. Примерное решение предложил Алексей Ефремов в вышеупомянутой статье. В основу устройства он тоже положил ключ на мощном высоковольтном транзисторе.

Цепь до ключа можно представить графически так:

Ясно, что при замыкании SA1 первичная обмотка силового трансформатора фактически подключается к сети. Зачем вообще там диодный мост? - что бы обеспечить питание постоянным током ключа на транзисторе.

Схема с транзисторным ключом:

Приведенные номиналы делителя несколько смущают… хотя надежда на то, что устройство не задымит и не бабахнет остается, возникают сомнения. И все же я опробовал подобный вариант. Только питание выбрал более безобидное - 26В, конечно, выбирал другие номиналы резисторов, в качестве нагрузки использовал не трансформатор, а лампу накаливания 28В/10Вт. И ключевой транзистор использовал BU508A.

Опыты мои показали, что резисторный делитель успешно понижает напряжение, но токоотдача такого источника очень мала (у перехода БЭ низкое внутреннее сопротивление), напряжение на конденсаторе сильно падает. Беспредельно снижать номинал резистора в верхнем плече я не рискнул, в любом случае - даже если нащупать правильное распределение тока в плечах и переход насытится, это все равно будет только смягченный, но не плавный пуск.

По моему мнению, истинно плавный пуск должен происходить как минимум в 2 этапа; сначала ключевой транзистор слегка открывается - пары секунд уже будет достаточно что бы электролиты фильтра в БП подзарядились слабым током. А на втором этапе уже необходимо обеспечить полное открытие транзистора. Схему пришлось несколько усложнить, кроме деления процесса на 2 этапа (ступени) я решил сделать ключ составным (схема Дарлингтона) и в качестве источника управляющего напряжения я решил использовать отдельный маломощный понижающий трансформатор.

*Номиналы резистора R 3 и подстроечника R 5. Для получения напряжения питания схемы 5,1В суммарное сопротивление R 3+R 5 должно быть 740Ом (при выбранном R 4=240Ом). Например, для обеспечения подстройки с небольшим запасом R 3 можно взять 500-640Ом, R 5 - 300-200Ом соответственно.

Как работает схема, полагаю, нет особой необходимости подробно расписывать. Если кратко - запуск первой ступени осуществляет VT4, запуск второй - VT2, а VT1 обеспечивает задержку включения второй ступени. В случае с “отдохнувщим” устройством (все электролиты полностью разряжены) первая ступень стартует через 4 сек. после включения, и еще через 5 сек. стартует вторая ступень. В случае, если устройство отключили от сети и включили снова; первая ступень стартует через 2 сек, а вторая - через 3…4 сек.

Немного наладки:

Вся наладка сводится к установке напряжения холостого хода на выходе стабилизатора, установить его вращением R5 до 5,1 В. Затем - подключить выход стабилизатора в схему.

Еще можно подобрать на свой вкус номинал резистора R2 - чем ниже номинал, тем больше будет открыт ключ на первом этапе. При номинале указанном в схеме напряжение на нагрузке = 1/5 от максимального.

И можно изменять емкости конденсаторов С2, С3, С4 и С5 если возникнет желание изменить время включения ступеней или задержки включения 2 -ой ступени. Транзистор BU508A необходимо установить не теплоотвод площадью 70…100мм2. Остальные транзисторы желательно снабдить небольшими теплоотводами. Мощность всех резисторов в схеме может быть 0,125Вт (или более).

Диодный мост VD1 - любой обычный на 10А, VD2 - любой обычный на 1А.

Напряжение во вторичной обмотке TR2 - от 8 до 20В.

Интересно? Нужна печатка или практические рекомендации?

Продолжение следует...

*Название темы на форуме должно соответствовать виду: Заголовок статьи [обсуждение статьи]