Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов
Представляем полностью цифровой усилитель НЧ класса D на мощность обеих каналов 1000 Вт. Корпус был взят от предыдущих проектов не слишком устраивавших по работе усилителей. Инвертор также используемая из предыдущих проектов, только эта версия была улучшена. Управление на SG3525 скопировано и чуть модифицировано с автомобильного усилителя Grundig PA240 + управляющий трансформатор и транзисторы. Блок питания 2×75 В, постоянная мощность выхода 1100 Вт и сердечник ETD49 прекрасно делают свое дело. Все работает с частотой 60 кГц. Полумостовая топология.
Схема УНЧ на 1 кВт класс D
Модули УМЗЧ класса D сделаны в соответствии с имеющимся проектом IRAUDAMP 9 (скачать полную документацию), плюс внесены минимальные изменения. Три пары транзисторов IRFP4332 на канал работают с тактовой частотой 300 кГц. DT 105 нс. Основа усилителя — IRS2092 + TC4420. Дроссель БП в феррите, индуктивность 22uH / 30A.
Модули будут выдавать 2500 Вт / 2 Ом при 10% и напряжении питания +/- 95 В постоянного тока, при тестах удалось выжать 1800 Вт, измеренные на динамиках.
Использовались популярные и эффективные средства защиты из серии биполярных усилителей. Те же схемы в модулях класса D имеют защиту от короткого замыкания и постоянного тока, также сделано дополнительное отключение этих защит на реле. За стандартной защитой находится ограничитель стартового тока, плавный запуск.
Самое приятное то, что весь усилитель имеет целых 14 предохранителей, чтобы избежать возгорания печатной платы в случае форс-мажора. Охлаждение, инвертор и модули имеют принудительное охлаждение, включающееся после достижения температуры 50C, но модули УМ при работе не нагреваются, а инвертор достигает максимальной температуры всего 40С.
Если подвести итоги общего времени на проект — это, вероятно, будет целая рабочая неделя. Спасло то, что не было серьезных проблем с запуском. После тщательной проверки и старта усилитель заработал сразу. Устройство при скачках с сетевым напряжением питания, то есть выше 250 В или ниже 200 В переменного тока, отключается. Если в громкоговорителе имеется короткое замыкание или перегрузка, усилитель также отключится, после его необходимо перезапустить с помощью переключателя.
Технические параметры УМЗЧ D класса
- Непрерывное энергопотребление 1240 Вт при 228 В переменного тока.
- Общая эффективность 84% (преобразователь имеет 89%).
- Заявленная выходная мощность 2×500 Вт / 4 Ом RMS.
- Мощность подается на оба канала 1050 Вт.
- Минимальная нагрузка 2х2 Ом.
Все тестировалось с использованием среднеквадратичных измерителей и осциллографа, резистор 4 Ом 150 Вт. Напряжение 2×75 в режиме ожидания. Под нагрузкой оно падает до 65 В постоянного тока.
Что касается охлаждения, то воздух поступает через соответствующие. Вентиляторы никогда не включались и не включатся. Они только на тот случай, если УНЧ работает, например, в жаркую погоду на солнце. Раньше были модули класса AB, и здесь нужен был вентилятор. Самым нагревающимся элементом является выходной дроссель, он достигает постоянной температуры около 100С независимо от того, работает ли усилитель на полную мощность или стоит без сигнала.
Звучание усилителя и итоги работы
Конечно у большинства аудиофилов свои мнения и вкусы. Скажем лишь одну вещь от себя: по сравнению с классами AB и H, класс D имеет более линейный и детальный звук. Бас быстрый и динамичный, центр ровный, но ВЧ выше 10 кГц кажется затухающими. Мощность есть, контроль очень хороший.
Проект полностью оправдал ожидания. Единственным слабым звеном в целом является блок питания, если бы он был по мощнее, на выходе снималось бы и 2 х 1500 Вт. В настоящее время ведутся работы над новой версией блока питания мощностью 2 кВт, который в настоящее время несколько не вписывается в заданный размер.
Этому проекту, вероятно, 5 лет, и он все еще работает нормально. Было продано около десятка таких самодельных УМЗЧ, и они тоже работают. Регулярно этот импульсный усилитель с оконечником ADS LX 2000 берут для специальных мероприятий и концертов. Усилитель весит чуть более 5 кг. Для сравнения, тот же ADS LX 2000 весит около 30 кг, так что преимущества D класса налицо.
Усилитель мощности 1кВт на MOSFET от 125 до 1000 Вт
Усилитель мощности 1кВт — здесь представлены гарантированно рабочие схемы усилителей 1000, 500, 250, 125 Вт, концевой каскад которых реализован на полевиках MOSFET. В этой статье будем рассматривать аппараты начиная с самой большей мощностью — 1000 Вт, который предназначен в основном для профессионального использования, то есть озвучивания больших мероприятий, например: свадеб, различных семейный торжеств, концертных мероприятий,студиях звукозаписи и т.д. Для дома он конечно не подойдет.
Здесь можно скачать архив с печатками в формате .lay на выходную мощность 1000, 500, 400, 250, 125 Вт.
Раньше тоже были публикации на различных сайтах, где описывался усилитель мощности 1кВт, да и возможно и сейчас такие есть, но в основном с очень простой схемой реализованный на микросхеме. 
Такой вариант построения УМЗЧ на мой взгляд имеет серьезные недостатки, которые сводят на нет все положительные стороны усилителя. Одним из таких недостатков является сама интегральная схема, которая не отличается высоким уровнем характеристик. Второй аспект — использованный там операционный усилитель APEX PA03 стоит очень приличных денег, к тому же находится в дефиците и большинству радиолюбителей он просто будет недоступен. Поскольку для тех кто собирается повторить схему своими руками в домашних условиях, принципиально важно дешевизна и вместе с тем качественные и доступные электронные компоненты.
Исходя из этого я предлагаю любителям высококачественного и мощного звука четыре схемы усилителей собранных с применением полевых транзисторов MOSFET. Все комплектующие в представленных мощниках доступны в свободной продаже и достаточно популярны в радиоэлектронике. Поэтому сборка таких аппаратов будет вам вполне по карману, ну может быть немного дороговато обойдется трансформатор на 1 кВт если покупать готовый или делать на заказ, но если у вас есть в наличии хотя бы старое железо (сердечник) и эмаль-провод, то и он ничего не будет стоить для вас, намотайте самостоятельно — делов-то!
Показанные здесь схемы являются усовершенствованным вариантом типичной схемы, а именно усилитель мощности 1кВт реализованный на полевиках.
Общее описание усилителя мощности
Как было написано выше, сегодня мы публикуем четыре схемы, которые являются классическими двухтактными усилителями с выходным трактом собранным на MOSFET. Использование мощных полевиков в оконечном тракте считается существенным аргументом. Обладая колоссальной мощностью на выходе, аппарат наглядно демонстрирует великолепные значения с низким уровнем коэффициента искажений. Правильно изготовленные УМЗЧ имеют КНИ не более 0,24% при мощности на выходе 1 кВт. А вот при 250 Вт на выходе будет вообще 0,007%. Это великолепно! Сама структура усилителя фактически остается одной и тоже, меняется только колличество ключей в выходном тракте. Вместе с тем для использования мощных полевых транзисторов необходимо высокое питающее их напряжение. В частности усилитель мощности 1кВт требует для себя двуполярный блок питания с выходными напряжениями 95v, 70v, 50v.
Усилитель мощности на MOSFET 1 кВт
Пора уже приступать к непосредственному изучению схемы усилителя в порядке от большой мощности к меньшей. Вариант усилителя с выходной мощностью 1000 Вт, как я писал выше не для домашнего использования, а например: для туровых поездок или сценической инсталляции в концертных залах. Данный аппарат рассчитан на работу с акустикой 4 Ом при питающем напряжении +/- 100v, больше подавать нельзя. Наверное как и у каждой технике, так и в этом аппарате есть свой «минус» связанный как раз с питанием. Для того, чтобы получить выходную мощность 1 кВт необходим трансформатор по крайней мере в пределах 1300 Вт. Вот именно он является самым дорогостоящим элементом во всей конструкции. Есть конечно вариант применения импульсного источника питания, но и с таким трансформатором есть свои специфические заморочки, ну это уже совсем другая история. Так, что смотрите сами, что вам удобнее применить трансформаторный блок питания или импульсного построения.
Здесь показана схема усилителя на 1000 Вт в первоначальном варианте:
Здесь усовершенствованная схема усилителя:
Даже при беглом взгляде на данную принципиальную схему можно увидеть различия входного и выходного тракта. К тому же, как показывает тестирование, из модернизированного варианта можно изъять выпрямительный диод 1N4007. Но эту необходимость следует как следует еще раз проверить в опытном порядке.
В оконечных каскадах усилитель мощности 1кВт имеет мощные ключи MOSFET IRFP240.
Параметры этих силовых ключей впечатляют. Вот посмотрите на их характеристики, хотя эти значения могут существенно изменятся в зависимости от температуры, в связи с этим полевики необходимо устанавливать на радиаторы охлаждения с достаточной площадью рассеивания тепла и дополнительно поставить систему принудительного охлаждения в виде вентилятора.
Присутствует несколько вариантов исполнения печатных плат усилителя, например: одна из них имеет форму прямоугольника в общем стандартная форма, а другая с формой квадрата, у которой входной каскад находится по центру платы. Так что используйте печатку, которая наиболее соответствует вашей конструкции корпуса.
Рисунок печатной платы и места установки электронных компонентов на ней можно скачать по этой ссылке — размер 300х75 мм.
На этом фото показана печатная плата почти законченного усилителя мощности:
Собранный усилитель мощности на 1кВт с радиатором:
На этой фотографии собранный усилитель с использованием выше показанного рисунка печатной платы:
Здесь уже готовый образец на этапе тестирования:
На этом рисунке изображен еще один альтернативный вариант:
По этой ссылке находится файл этой печатки в формате PDF:
Скачать: 1000.zip
Усилитель рассчитанный на 500 Вт
Здесь просто нужно сократить количество полевиков в оконечном тракте, то есть установить всего двенадцать штук по шесть в каждое плечо, ну и естественно нужно снизить мощностные характеристики. Напряжение питания оставляем тоже, что и усилителе 1000 Вт, то есть 95v по плюсу и 95v по минусу, так как выходная мощность аппарата все еще остается достаточно большой, а коэффициент нелинейных искажений снизится до 0,17%. Данная схема тоже является не такой однозначной. Если как и в предыдущей схеме использовать полевики IRFP240, то на выходе получите 500 Вт.
Транзистор MOSFET IRFP260
Вместе с тем, если вместо ключей IRFP240 применить IRFP260 то без проблем можно и на данной схеме мощника получить те же 1000 Вт.
На этой принципиальной схеме показаны именно MOSFET IRFP260.
Также необходимо предусмотреть конденсатор 220pF выполняющего роль шунта в цепи коллектор-база транзистора MJE15035 и попробовать исключить из схемы диод 1N4007. В первоначальном варианте схемы усилитель расcчитан на работу с нагрузкой 8 Ом, но как показали испытания многими радиолюбителями собравшими этот аппарат, он прекрасно работает и на нагрузке 4 Ом.
Здесь показана печатная плата для этого УМЗЧ:
Скачать плату в формате .PDF 500.zip
В результате должно быть примерно такое:
Усилитель на 250 Вт
250 Вт выходной мощности уже не очень бьет по ушам и возможно для домашнего пользования многие отдадут предпочтения именно этому образцу.
В этом экземпляре использованы восемь ключей IRFP240. Напряжение питания установлено 70v. Рекомендуемая нагрузка 8 Ом. Отличный показывает уровень коэффициента нелинейных искажений в пределах 0,11% при рабочей мощности на выходе 250 Вт. Очень широкий диапазон частот. На этой схеме также нужно попробовать экспериментировать с диодом. Печатная плата для усилителя 250 Вт имеет вот такой вид:
Здесь ее можно скачать в формате .PDF Скачать
По завершению монтажа получается вот такая конструкция:
На этом фото показана печатная плата с теплоотводами предназначенными для транзисторов пред-выходного тракта:
Усилитель мощности 125 Вт
В этом варианте используются только четыре полевых ключа IRFP260. Естественно можно применять транзисторы и IRFP240. Тем более в первоначальной схеме эти полевики и были использованы. Поэтому при возникновении каких либо проблем в работе усилителя на IRFP260, замените их на IRFP240. Эффективной нагрузкой для этого УМЗЧ является динамик 8 Ом. Напряжение питания для данного аппарата делаем в пределах 50v, для домашнего пользования такой мощности вполне хватает, к тому же качество звучания становится еще выше, а именно значение КНИ будет в районе 0,1%.
Принципиальная схема усилителя мощности на 125 Вт:
Эта печатная плата является аналогом предыдущей, только в ней убраны четыре ключа из выходного каскада.
Ниже показана принципиальная схем базового варианта усилителя на полевых транзисторах IRFP240, о чем говорилось выше:
Обращаю ваше внимание на то, что в этой схеме был заменен биполярный транзистор на полевик IRF510, а также есть некоторые отличия в номиналах электронных элементов.
А это вот печатка для этой схемы:
Это усилитель мощности отличается высокой надежностью в работе и простотой в обслуживании, способен работать даже в экстремальных условиях эксплуатации без снижения качества звучания.
И наконец подведем итоги:
Следовательно у нас имеется четыре классные схемы одной и той же модели усилителя выполненного на мощных полевых транзисторах. В их конструктивных решениях принципиальных различий нет, а вот по выходной мощности и, что особенно немаловажно — себестоимости, они имеют разницу приличную. Кстати хотелось бы специально подчеркнуть такой момент: если один раз собрать оконечный каскад и установить на первый случай пару или две MOSFET-транзисторов, то при необходимости изменения мощности на выходе вы без проблем сможете это делать путем увеличения количества транзисторов в оконечном тракте.
Изначальная схема в авторском варианте реализована на MOSFET-ключах IRFP240. Но несмотря на это множество радиолюбителей вносят свои изменения в конструкцию, заменяя некоторые детали более современными и качественными, например используют мощные полевые ключи IRFP250, IRFP260.
"Справочник" — информация по различным электронным компонентам : транзисторам, микросхемам, трансформаторам, конденсаторам, светодиодам и т.д. Информация содержит все, необходимые для подбора компонентов и проведения инженерных расчетов, параметры, а также цоколевку корпусов, типовые схемы включения и рекомендации по использованию радиоэлементов .
Компания International Rectifier разработала высоковольтную микросхему управления IRS20124S для аудиоусилителей класса D с мощностью 500 Вт на канал.
Драйвер имеет встроенную двунаправленную защиту по току и функцию отключения при перегрузке. Диапазон рабочих частот — до 1 МГц. IRS20124S имеет цифровой вход для сигналов логики 3,5/5 В.
Микросхема имеет встроенную функцию программируемой паузы на переключение для выбора оптимальных параметров предотвращения искажений высшими гармониками: 15, 25, 35 или 45 нс.
Для построения схемы аудиоусилителя компания IR предлагает использовать силовые (100 В) МОП транзисторы IRF6665 и IRF6645. Это позволит сократить площадь платы, уровень электромагнитных помех и улучшить параметры теплоотвода. Предлагаемый дизайн позволяет обеспечить максимальный коэффициент нелинейных искажений аудиоусилителя 0.01% при выходной мощности каждого канала 100 Вт без применения радиатора.
Особенности микросхемы IRS20124S:
— разработана специально для аудиоусилителей класса D;
— встроенная функция программируемой паузы на переключение для снижения нелинейных искажений;
— встроенная двунаправленная токовая защита без потерь для повышения КПД и упрощения схемы усилителя;
— 70 нс временная задержка между каналами для широкого частотного диапазона;
— 200 В высоковольтная технология.
Силовые МОП транзисторы Direct FET IRF6665/ IRF6645 оптимизированы для выходной мощности до 100 Вт и нагрузки 6. 8/2. 4 Ом. Низкая индуктивность корпуса снижает высокочастотный "звон", что повышает качество звучания. Эффективный двусторонний отвод тепла обеспечивает высокую выходную мощность при малых габаритах корпуса.
Схема включения IRS20124S
Низкие потери мощности на проводимость, управление и переключение позволяют работать без применения охладителя.
Технические характеристики резисторов IRF6665/IRF6645:
— напряжение смещения — 200 В;
— выходной ток истока — 1000 мА;
— выходной ток стока — 1200 мА;
— максимальное время задержки — 70 нс;
— напряжение питания нижнего плеча — 10. 20 В;
— диапазон рабочих температур — — 40. +125°С;
— тип корпуса — SOIC-14.
Мнения читателей
Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.
Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:
