Н. ВАШКАЛЮК, г. Волгоград. 

Опубликовано в журнале «Радио» №7 за 2016 год.

Авторская версия статьи с дополнениями.

Универсальный блок защиты АС выполнен на малогабаритных деталях и может быть встроен в любой усилитель, не имеющий подобной защиты. Особенность этого блока — в применении встроенного питания от сети, надёжных электромагнитных реле и светодиодной индикации появления постоянного напряжения на выходе усилителя. Устройство обеспечивает стабильную задержку и защиту даже после кратковременного пропадания сетевого напряжения.

Практически все современные УМЗЧ имеют двухполярное напряжение питания, позволяющее подключать к выходу усилителя нагрузку без разделительного конденсатора.  Такая структура имеет один существенный недостаток – возможность появления на выходе УМЗЧ, в случае его неисправности, постоянного напряжения и, следовательно, выхода из строя дорогостоящей динамической головки (акустической системы). Это обстоятельство вызывает необходимость использования  специальных защитных устройств, отключающих нагрузку при появлении на выходе усилителя постоянного напряжения.

Кроме того, известно, что при подаче питания на усилитель в акустической системе (АС) может возникнуть громкий щелчок (хлопок). Чтобы устранить это явление, необходимо подключать нагрузку к выходу УМЗЧ с некоторой задержкой, достаточной для завершения всех переходных процессов (обычно 1…3 с) [1]. При отключении же питания АС должна отключиться до момента, когда накопительные конденсаторы фильтра питания усилителя заметно разрядятся (более чем на 20 %). В противном случае, процесс выключения может так же иметь неприятное озвучивание.

С реализацией задержки и защиты АС вопросов не возникает. Но как отключить нагрузку от УМЗЧ быстрее, чем начнут разряжаться накопительные конденсаторы фильтра питания усилителя? Есть несколько вариантов исполнения: использование информации о наличии переменного напряжения в одной из существующих вторичных обмоток трансформатора, питающего УМЗЧ (как это может быть реализовано на микросхеме uPC1237 [2]), использование отдельного трансформатора питания (либо от дополнительной обмотки трансформатора УМЗЧ) для узла защиты, а так же применении специальной пороговой схемы, отключающая нагрузку при напряжении, ниже определенного уровня. Все эти решения будут рассмотрены в данной статье.

Первый и третий варианты накладывают определённые ограничения, сужая универсальность модуля. Второй же позволяет использовать в питании устройства сглаживающий конденсатор небольшой ёмкости, благодаря чему блок защиты гарантированно отключит АС быстрее, чем разрядятся конденсаторы в блоке питания УМЗЧ. Очевидно, что второй вариант — более надёжный и простой в реализации, позволяющий инсталлировать модуль практически в любой усилитель. Недостаток такого решения — более высокая стоимость за счёт применения дополнительного блока питания, но универсальность и надёжность здесь превалируют.

Схема с автономным питанием

Представленный модуль реализует функции бесшумного включения и выключения усилителя (фактически АС), а также позволяет защитить головки АС при появлении постоянного напряжения на выходе УМЗЧ, связанного с его аварийной работой или выходом из строя.

Технические характеристики
Напряжение питания 230 В ± 15%
Напряжение срабатывания защиты 0,6 — 0,7 В
Время задержки включения/перезапуска 2,5 — 3,0 сек.
Время срабатывания защиты (UВХ = 2 В) не более 1,4 сек.
Время срабатывания защиты (UВХ = 20 В) не более 0,25 сек.
Время выключения модуля  не более 0,25 сек.
Потребляемая мощность не более 2,5 Вт
Максимальный коммутируемый ток  12 А

Схема устройства показана на рис. 1. При подаче напряжения питания конденсатор C6 медленно заряжается через резистор R10 до 1,9 В (определяется соотношением сопротивления резисторов R10 и R11), достаточной для открывания транзистора VT4. Срабатывают реле K1, K2 и нагрузка подключается к усилителю. 

При возникновении на любом из входов устройства (контакты X2a, X3a) постоянного напряжения более ±0,6 … 0,7 В открывается соответствующий транзистор (VT1 — для напряжения плюсовой полярности, VT2 — минусовой полярности) и зажигает светодиод оптопары U1 или U2. Освещённый фототранзистор оптопары через резистор R8 разряжает конденсатор С6 и полевой транзистор VT4 закрывается, обесточивая реле. Свечение светодиода HL1 индицирует отключение АС и неисправность УМЗЧ. Резистор R8 ограничивает ток разрядки конденсатора C6, а резисторный делитель R4R5 обеспечивает искусственную среднюю точку питающего напряжения.

Sch MRL SP02

Рис. 1. Схема с автономным питанием

Большинство подобных устройств защиты и задержки включения АС имеют неприятный недостаток — отсутствие задержки при рестарте за короткий промежуток времени после отключения питания. Пример такой ситуации — кратковременное пропадание электричества в сети. Этот недостаток не позволяет получить должного уровня защиты АС, и не дает законченный вид аппаратуре в целом, где применен такой узел. Для исключения этого недостатка введены элементы R9, С5, VT3. Эта цепь кратковременно срабатывает при пропадании и появлении напряжения питания, разряжая конденсатор C6, что и обеспечивает нормальный последующий старт узла защиты. Применением полевого транзистора VT4 с пониженным напряжением открывания (примерно 1,5 В) удалось добиться минимально необходимого напряжения заряда C6, вследствие чего время рестарта стало практически равным времени первого включения. Увеличивать ёмкость конденсатора С1 не рекомендуется — она определяет скорость выключения блока защиты.

При номинальном сетевом напряжении 230 В и комнатной температуре 25 0С стабилизатор DA1 нагревается до 50...52 0С. При проверке на максимальном переменном напряжении 274 В (ограничено возможностями ЛАТРа) нагрев стабилизатора составил 64...65 0С — всё в пределах нормы. Если исключить резистор R1, то нижняя допустимая граница питания блока упадет до 170 В, но при этом увеличится нагрев DA1 в среднем на 10...12 0С. Понятно, что это изменение целесообразно лишь для местности, где напряжение в сети всегда ниже номинального.

MRL-SP02_1.JPGMRL-SP02_2.JPGMRL-SP02_3.JPG

Если представить себе ситуацию, когда оба канала УМЗЧ выходят из строя, и в первом канале на выходе образуется напряжение одной полярности, а на втором — обратной полярности, равное по модулю напряжению на выходе первого канала (с разницей менее 0,6 … 0,7 В), то после суммирования через резисторы R2 и R3 получится напряжение, которого недостаточно для открывания транзистора VT1 или VT2. То есть система защиты не сработает, и это является недостатком (его можно частично преодолеть изменением сопротивления одного из этих резисторов на ±10 %). Но вероятность такого события пренебрежимо мала и является скорее примером гипотетического моделирования отказа. А если учесть разброс номиналов резисторов, неоднородный выход из строя выходных транзисторов УМЗЧ, а также различную просадку напряжений на шинах питания, то такая вероятность и вовсе стремиться к нулю.

Печатная плата размерами 65.4 × 45.1 мм, спроектирована в программном пакете DesignSpark PCB 7.1, выполнена на фольгированном стеклотекстолите FR4 и рассчитана на установку транзисторов в корпусах SOT-23, резисторов типоразмера 0805 (кроме резисторов R1, R13 — 1206), конденсаторов C2, C5 типоразмера 0805 и диода VD2 в корпусе SMA. На плате резистор R13 (на схеме не показан) имеет сопротивление 0 Ом и типоразмер 1206.

В качестве T1 применён маломощный трансформатор ТПК-2 с вторичной обмоткой на 12 В. Диодный мост может быть любой из серии DB103S—DB107S или MB2S—MB6S, для чего на печатной плате предусмотрено два посадочных места. Диод VD2 — любой с прямым током 1 А и обратным допустимым напряжением не менее 200 В.

Обмотки реле должны быть на ток потребления не более 30 мА (повышенной чувствительностью) при напряжении 12 В. Можно использовать одно реле с двумя парами контактов, но автору не удалось найти доступного реле с двумя парами контактов на коммутируемый ток более 8...10 А. Достоинство указанных на схеме реле TRU-12VDC-SB-CL в том, что они имеют на контактах напыление AgCdO (серебро-окись кадмия), устойчивое к механическому износу, и максимальный коммутируемый ток 12 А. Заменить их можно более доступными реле SRD (T73) 12VDС-L-S-С фирмы SONGLE, допускающими ток коммутации до 10 А.

TOPSilk

BOTSilk

Рис. 2. Вид печатной платы со стороны деталей и монтажа

Оптопары U1, U2 можно применить практически любые с соответствующей структурой, например PS2501, PC817. Светодиод HL1 — любой желательно красного цвета свечения, например, из серии АЛ307, L-63IT или иные.
Транзисторы VT1—VT3 могут быть заменены любыми другими маломощными транзисторами соответствующей структуры и типоразмера. Возможно использование КТ315, КТ3102, MMBT5551, MMBT4401 (VT1, VT3) и КТ361, КТ3107, MMBT5401, MMBT4403 (VT2).

N-канальный полевой транзистор (ПТ) VT4 должен быть с низким пороговым напряжением затвора (Gate Threshold Voltage) — не более 1,8 В. В качестве замены можно порекомендовать NTR4003N, IRLML2502. Если подобные варианты недоступны, то допустимо применить любой подходящий N-канальный MOSFET с сопротивлением канала RDS(ON) не более 3 Ом, напряжением UСИ не менее 20 В и максимальным током IС не менее 500 мА. В этом случае в схему потребуется внести следующие изменения: R10 = R11 = 68 кОм и C6 = 47 мкФ на 16 В. Но следует помнить, что время задержки при быстром рестарте немного уменьшится. Так как пороговый уровень включения у различных ПТ может значительно отличаться, то возможно потребуется подкорректировать время задержки включения реле подбором пары резисторов R10, R11 из условия их равенства.

Предохранитель FU1 можно использовать на ток 0,16 ... 0,25 А, например, отечественный ВП4-10 0,2 А, имеющий малые габариты и гибкие выводы для монтажа на плату. Клеммники X1—X3 — серии DG127, XY304 или аналогичные. Как видно из схемы, центральный контакт в X1 не используется. Это сделано для того, чтобы увеличить электрический зазор безопасности между проводниками сетевого питания.

Пример использования блока защиты в составе усилителя показан на рис. 3. Его входы нужно подключать к выходам каналов стереофонического УМЗЧ, а выходы — к нагрузкам (АС) соответствующих каналов. Общий провод модуля подключают к общему проводу блока питания.

Sch amp

Рис. 3. Схема подключения блока

Собранное устройство не нуждается в настройке или налаживании и работает сразу после подачи питания. Его конструкция повторена много раз, и высокая надёжность подтверждена длительной эксплуатацией.

Читать далее: Универсальный блок защиты АС. Часть 2

ПОХОЖИЕ МАТЕРИАЛЫ

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить


О нас

Мы являемся небольшой компанией, специализирующейся на разработке и производстве высококачественного HI-FI аудиооборудования.
Первые модели усилителей и цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) под маркой Mariolla появились в 2008 году. За эти годы мы накопили огромный инженерный опыт, позволяющий сегодня решать самые смелые технические задачи и производить лучшее (по соотношения цена-качество) оборудование для меломанов и аудиофилов.


400075, г. Волгоград, ул. Жигулевская 14

+7-961-689-4178 Билайн

+7-917-643-0311 МТС, Viber, WhatsApp

ICQ 440-096-339

VNN84@yandex.ru

ПН-ПТ: 10:00 - 21:00 GMT+3


Мы всегда рады Вашему звонку!