Puteți DIY o sursă de alimentare ecologică pentru amplificatoare de putere audioXpress
Acest proiect introduce un design îmbunătățit al unei surse de alimentare pentru amplificatoare audio (vezi fotografia 1) care se comportă ca o sarcină rezistivă față de rețeaua de rețea. Astfel, curentul preluat de la rețea are aceeași formă ca tensiunea livrată de rețea și are aceeași fază, astfel încât factorul de putere este foarte apropiat de 1. În consecință, valoarea RMS a curentului tras este cât mai mică posibil și care oferă mai multe avantaje audio.
Pentru acest proiect, am avut grijă să limitez dificultățile de construcție. Ceea ce obțineți de la această sursă de alimentare este o reglare bună a șinei de putere și o ondulare a șinei de putere redusă cu armonici reduse. De asemenea, obțineți o poluare electromagnetică mai mică de 50/60 Hz. O comparație dintre abordarea clasică și cea nouă este prezentată în Tabelul 1.
Sursa de alimentare este dimensionată pentru amplificatoare de putere de 100 W RMS/4 sau 8 Ω. Astfel, puterea de ieșire este limitată simultan de reglarea tensiunii de ieșire și a curentului de ieșire. Acest articol se concentrează pe o realizare practică a sursei de alimentare. Proiectarea, dezvoltarea, contextul tehnic și teoretic sunt explicate într-un articol mai amplu din Volumul 12. Linear Audio al lui Jan Didden. Acest articol este acum disponibil și online aici.
Deoarece curentul RMS este redus și aproape sinusoidal, transformatorul nu trebuie să fie supradimensionat. În al doilea rând, radiația electromagnetică de la sursă și transformator, care deseori provoacă perturbări la amplificatorul de putere, este mai mică și are mai puține armonici. În al treilea rând, nu va trebui să cumpărați un cablu de rețea ecranat scump.
Deoarece ieșirea este reglată, rezistența de ieșire DC este mică. Acest lucru este important atunci când doriți să obțineți o putere maximă extinsă de la amplificatorul de putere. Soluția clasică ar fi supra-specificarea tuturor componentelor sursei de alimentare. Răspunsul tranzitoriu este, de asemenea, atât mai rapid, cât și mai mic. Deoarece factorul de formă al curentului IR de încărcare a condensatorilor de netezire este aproape de 1, acești condensatori pot fi de până la patru ori mai mici.
Acum, să presupunem că construiți un amplificator de putere. Soluția clasică pentru alimentarea cu energie electrică este utilizarea unui transformator, un redresor de punte și condensatoare de netezire.
Să presupunem că acesta este un amplificator de putere de 100 W RMS/8 Ω. Pentru a vă evalua corect sursa de alimentare, trebuie să luați în considerare:
• Curentul de repaus al amplificatorului de putere
• Pierderea de tensiune a tranzistoarelor de putere
• Eficiența amplificatoarelor de putere Clasa AB la putere maximă
• Rezistența DC a sursei de alimentare
• Factorul de putere al sursei de alimentare
• Eficiența transformatorului
Este posibil să aveți nevoie de cel puțin un transformator de 300 VA (600 VA pentru stereo). De aceea, bricolajii folosesc adesea transformatoare „supradimensionate” și au dreptate să o facă. De asemenea, veți dori să mențineți rezistența la curent continuu cât mai redusă posibil pentru a obține puterea maximă din amplificator. Veți dori ca ondulația șinelor de putere să fie cât mai redusă posibil, deoarece raportul limitat de respingere a șinei de putere a amplificatorului dvs. ar putea duce la un zumzet al amplificatorului. Soluția „clasică” este utilizarea condensatoarelor uriașe de alimentare.
Cu această nouă sursă de alimentare, nu va trebui să supra-specificați transformatorul din cauza factorului de putere excelent, a performanței corecte și a reglării de ieșire - 150 VA este suficient. De asemenea, nu va trebui să specificați în exces condensatorii de netezire din cauza alimentării curente a acestor condensatori.
În cele din urmă, experiența dvs. de ascultare se va îmbunătăți la niveluri scăzute și la niveluri ridicate. (Rețineți că ondularea de ieșire este importantă și atunci când amplificatorul de putere se saturează. O ondulare mai lină va produce o distorsiune mai puțin neplăcută.) Experiența ascultării la nivel mediu probabil că nu se va schimba prea mult, cu excepția poate prin satisfacția utilizării unui amplificator de putere mai ecologic.
Este recunoscut pe scară largă că consumul de energie este o problemă ecologică, dar la fel se evită atragerea curenților reactivi și distorsiși. Din fericire, aceste probleme pot fi extrem de compatibile cu dorințele entuziaștilor audio. De aceea propun această sursă de alimentare DIY.
Topologia sursei de alimentare
Acest tip de alimentare nu este revoluționar. Designul său există de mai mulți ani, dar, din păcate, nu este folosit pentru amplificatoarele de putere. Și, deși acest proiect ar funcționa chiar și fără un transformator, am integrat un transformator în acest design dintr-un motiv major: o sursă de alimentare fără transformator poate fi periculoasă să lucreze, așa că prefer să fie în siguranță de zonele de înaltă tensiune. Faptul că poate fi un transformator mic, combinat cu condensatori de netezire cu valoare relativ mică, compensează costul plăcii de circuit, deci rămâne o soluție viabilă din punct de vedere economic.
Topologia nu este cea mai populară, care combină o sursă de alimentare de comutare precedată de un Power Factor Corrector (PFC). Metoda folosită aici se numește „metoda Imax” (vezi Figura 1). Principala diferență este că folosește doar o singură structură. Puteți găsi unul sau mai multe IC-uri dedicate acestei topologii, dar nu le folosesc din două motive.
În primul rând, încerc să nu folosesc cipuri specializate pentru proiectele mele DIY, astfel încât componentele să poată fi obținute cu ușurință. În al doilea rând, aceste cipuri specializate comută la frecvență constantă și acest lucru nu se potrivește cu un design de tensiune de ieșire variabilă din cauza unei comutări naturale între două moduri, care face ca curentul să nu mai fie sinusoidal. În cele din urmă, eliminarea componentelor specializate oferă mai multă flexibilitate și posibilități de evoluție ulterioară și puteți afla mai multe studiind proiectul.
Deci, practic, inima sursei de alimentare este o structură de impuls. Funcționează întotdeauna în modul demagnetizare completă astfel încât IMAX (curentul de vârf în bobină) să fie proporțional cu Ton și cu tensiunea șinei de putere a structurii de comutare, care este filtrul transformatorului și ieșirea rectificată. Astfel, curentul extras din transformator are aceeași formă ca tensiunea de rețea și amplitudinea sa este proporțională cu Ton. Figura 2 prezintă o diagramă funcțională a filtrului, redresorului și circuitului sursei de alimentare.
Tonul este controlat prin feedback pentru a regla tensiunea de ieșire, indiferent de curentul de ieșire IC. Limitarea tonului oferă o limită de curent care determină limitarea puterii (prin saturația feedback-ului) atunci când tensiunea de ieșire Vout este mai mare de 33 V. Când sursa de alimentare este scurtcircuitată, bobina devine zgomotoasă din cauza frecvenței scăzute de comutare, dar curentul nu este niciodată depășește 6 A și este chiar mai mic atunci când Vout este scurtcircuitat la 0 V absolut.