Импульсные блоки питания постепенно вытесняют своих традиционных сородичей и в звукотехнике, поскольку и экономически и габаритно выглядят заметно привлекательней. Тот же фактор, что импульсные блоки питания вносят свою не малую лепку искажения усилителя, а именно появления дополнительных призвуковуже теряет свою актуальность в основном по двух причинам - современная элементная база позволяет конструировать преобразователи с частотой преобразования значительно выше 40 кГц, следовательно вносимые источником питания модуляции питания будут находиться уже в ультразвуке. Кроме этого более высокую частоту по питанию гораздо легче отфильтровать и использование двух Г-образных LC фильтров по цепям питания уже достаточно сглаживают пульсации на этих частотах.

После небольшого лирического отступления об особеностях импульсных блоков питания для усилителей мощности собсвенно принципиальная схема источника питания на 400Вт:

    Управляющим контроллером в данном блоке питания служит TL494. Разумеется, что есть и более современные микросхемы для выполнения этой задачи, однако мы используем именно этот контроллер по двум причинам - его ОЧЕНЬ легко приобрести. В изготавливаемых блоках питания мы использем микросхемы фирмы Texas Instruments и качеством этих контроллеров ОЧЕНЬ довольны. Усилитель ошибки охвачен ООС, позволяющей добиться довольно большого коф. стабилизации (отношение резисторов R4 и R6). 
После контроллера стоит полумостовой драйвер IR2110, который собственно и управляет затворами силовых транзисторов. Исполльзование драйвера позволило отказаться от согласующего трансформатора, широко используемого в комьютерных блоках питания. Драйвер IR2110 нагружен на затворы через ускоряющие закрытие полевиков цепочки R24-VD4 и R25-VD5.
Силовые ключи VT2 и VT3 работают на первичную обмотки силового трансформатора. Средняя точка, необходимая для получения переменного напряжения в первичной обмотке трансформатора формируется элементами R30-C26 и R31-C27.
Моточные данные данные для сетевых импульсных источников питания на ферритовых кольцах проницаемостью 2000НМ сведены в таблицу 1.

РАСЧИТАНЫ ПО МЕТОДИКЕ ЭНОРАСЯНА Как показали многочисленные эксперименты количество витков можно смело уменьшать на 10-15 % без боязни входа сердечника в насыщение.

Реали- зация Типоразмер Частота преобразования, кГц 40 50 60 70 80 90 100 110

1 кольцо К40х25х11 К40х25х11 Габ. мощность 100 130 160 175 200 220 250 270 Витков на первичку 180 145 120 105 90 80 72 65

2 кольца К40х25х11 К40х25х22 Габ. мощность 200 230 280 330 370 420 470 520 Витков на первичку 90 72 60 52 45 40 36 33

1 кольцо К45х28х8 К40х25х8 Габ. мощность 110 135 150 180 200 230 240 270 Витков на первичку 217 174 145 124 110 97 87 79

2 кольца К45х28х8 К45х28х16 Габ. мощность 200 240 290 340 390 440 480 530 Витков на первичку 109 87 73 62 55 49 44 40

3 кольца К45х28х81 К45х28х24 Габ. мощность 290 360 440 510 580 660 730 800 Витков на первичку 82 66 55 47 41 36 33 30

4 кольца К45х28х8 К45х28х32 Габ. мощность 380 490 580 680 780 870 970 1070 Витков на первичку 62 50 41 35 31 28 25 23

5 колец К45х28х8 К45х28х40 Габ. мощность 500 600 700 850 950 1100 1200 1300 Витков на первичку 50 40 35 30 25 22 20 18

6 колец К45х28х8 К45х28х48 Габ. мощность 550 700 850 1000 1150 1300 1450 1600 Витков на первичку 41 33 28 24 21 19 17 15

7 колец К45х28х8 К45х28х56 Габ. мощность 650 850 1000 1150 1350 1500 1700 1850 Витков на первичку 35 30 24 20 18 16 14 13

8 колец К45х28х8 К45х28х64 Габ. мощность 750 950 1150 1350 1550 1750 1950 2150 Витков на первичку 31 25 21 18 16 14 13 12

9 колец К45х28х8 К45х28х72 Габ. мощность 850 1000 1300 1500 1750 1950 2200 2400 Витков на первичку 28 22 18 16 14 13 11 10

10 колец К45х28х81 К45х28х80 Габ. мощность 970 1200 1450 1700 1950 2200 2400 2650 Витков на первичку 25 20 17 14 12 11 10 9

    Последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора включен трансформатор тока TV1, позволяющий контролировать протекающий через силовые ключи ток и строить на этом токовую защиту. Кроме этого используя выходное напряжение с трансформатора тока можно управлять оборотами вентилятора принудительного охлаждения (VT4).
Вторичное питание состоит из трех двуполярных источников - два силовых для питания одного усилителя с двухуровневым питанием или двух усилителей с двуполярным питанием. Причем во втором случае величины выходных напряжений могут отличаться - более низкое для широкополосных, а более высокое для сабвуфера или же одинаковыми для раздельного питания каждого канала. Третье двуполярное напряжение используется для питания предварительных каскадов.
Кроме этого имеется дополнительный однополярный источник напряжения используемый для питания контроллера TL494, полумостового драйвера IR2110 и реле мягкого старта.
Выходное напряжение контролируется лишь по одному плечу двуполярного источника. Стаблизация остальных силовых напряжений производится при помощи дросселя групповой стабилизации L1.
Если необходимо получить лишь один двуполярный силовой источник, то принципиальную схему можно упростить исключив не нужные элементы
Для примера приведена принципиальная схема сетевого импульсного источника питания для УМЗЧ мощностью до 2000 Вт с двумя и одним двуполярным источниками напряжения.

Рисунок 2. Принципиальная схема импульсного блока питания с двумя двуполярными источниками и суммарной выходной мощностью до 2000 Вт

Рисунок 3. Принципиальная схема импульсного блока питания с одним двуполярным источником и суммарной выходной мощностью до 2000 Вт

    Несколько слов об алгоритме работы данного блока питания:
    В момент подачи сетевого напряжения 220 В емкости фильтров первичного питания С15 и С16 заражаются через резисторы R8 и R11, что не позволяет перегрузиться лиолному мосту VD током короткого замыканияполностью разряженных С15 и С16. Одновременно происходит зарядка конденсаторов С1, С3, С6, С19 через линейку резисторов R16, R18, R20 и R22, стабилизатор 7815 и резистор R21.
    Как только величена напряжения на конденсаторе С6 достигнет 12 В стабилитрон VD1 "пробивается" и через него начинает течть ток заряжая конденсатор C18 и как только на плюсовом выводе этого конденсатора будет достигнута величина достаточная для открытия тиристора VS2 он откроется. Это повлечет включение реле К1, которое своими кнтактами зашунтирует токоограничивающие резисторы R8 и R11.Кроме этого открывшийся тиристор VS2 откроет транзистор VT1 и на контроллер TL494 и полумостовой драйвер IR2110. Контроллер начнет режим мягкого старта, длительность которого зависит от номиналов R7 и C13.
    Во время мягкого старта длительность импульсов, открывающих силовые транзисторы увеличиваются постепенно, тем самым постепенно заряжая конденсаторы вторичного питания и ограничивая ток через выпрямительные диоды. Длительность увеличивается до тех пор, пока величина вторичного питания не станет достаточной для открытия светодиода оптрона IC1. Как только яркость светодиода оптрона станет достаточной для открытия транзистора длительность импульсов перестанет увеличиваться (рисунок4).

Рисунок 4. Режим мягкого старта.

Тут следует отметить, что длительность мягкого старта ограничена, поскольку проходящего через резисторы R16, R18, R20, R22 тока не достаточно для питания контроллера TL494 и драйвера IR2110 напряжение питания этих микросхем начнет уменьшаться и вскоре уменьшиться до величины, при которой TL494 перестанет вырабатывать импульсы управления. И именно до этого момента режим мягкого старта должен быть окончен и преобразователь должен выйти на нормальный режим работы, поскольку основное питание контроллер TL494 и дрейвер IR2110 получают от силового трансформатора (VD9, VD10 - выпрямитель со средней точкой, R23-C1-C3 - RC фильтр, IC3 - стабилизатор на 15 В) и именно поэтому конденсаторы C1, C3, C6, C19 имеют такие большие номиналы - они должны удерживать величнину питания контроллера до выхода его на обычный режим работы.
Стабилизация выходного напряжения происходит путем изменения длительности импульсов управления силовыми транзисторами при неизменной частоте - Широтно Импульсная Модуляция - ШИМ. Это возможно лишь при условии, когда величина вторичного напряжения силового трансформатора выше требуемой на выходе стабилизатора минимум на 30%, но не более 60%.

Рисунок 5. Принцип работы ШИМ стабилизатора.

При увеличении нагрузки выходное напряжение начинает уменьшаться, светодиод оптрона ШС1 начинает светиться меньше, транзисторы оптрона закрывается, тем самым увеличивая длительность импульсов управления до тех пор, пока действующее напряжение не достигнет величины стабилизации (рисунок 5). При уменьшении нагрузки напряжение начнет увеличиваться, светодиод оптрона IC1 начнет светиться ярче, тем самым открывая транзистор и уменьшая длительность управляющих импульсов дотех пор, пока величина действующего значения выходного напряжения не уменьшиться до стабилизируемой величины. Величину стабилизируемого напряжения регулируют подстроечным резистором R26.
Следует отметить, что контроллером TL494 регулируется не длительность каждого импулься в зависимости от выходного напряжения, а лишь среднее значение, т.е. измерительная часть имеет некотрую инерционость. Однако даже при установленных конденсаторах во вторичном питании емкостью 2200 мкФ провалы питания при пиковых кратковременных нагрузках не превышают 5 %, что вполне приемлемо для аппаратуры HI-FI класса. Мы же обычно ставим конденсаторы во вторичном питании 4700 мкФ, что дает уверенный запас на пиковые значения, а использование дросселя групповой стабилизации позволяет контролировать все 4 выходных силовых напряжения.
Данный импульсный блок питания оснащен защитой от перегрузки, измерительным элементом которой служит трансформатор тока TV1. Как только ток достигнет критической величины открывается тиристор VS1 и зашунитрует питание оконечного каскада контроллера. Импульсы управления исчезают и блок питания переходит в дежурный режим, в котором может находиться довольно долго, поскольку тиристор VS2 продолжает оставаться открытым - тока протекающего через резисторы R16, R18, R20 и R22 хватает для удержание его в открытом состоянии.
Для вывода блока питания из дежурного режима необходимо нажать кнопку SA3, которая своим контактами зашунтирует тиристор VS2, ток через него перестанет течь и он закроется. Как только контакты SA3 разомкнуться транзистор VT1 закроется тме самы снимая питания с контроллера и драйвера. Таким образом схема управления перейдет в режим минимального потребления - тиристор VS2 закрыт, следовательно реле К1 выключено, транзистор VT1 закрыт, следовательно контроллер и драйвер обесточены. Конденсаторы С1, С3, С6 и С19 начинают заряжаться и как только напряжение достигнет 12 В откроется тиристор VS2 и произойдет запуск импульсного блока питания.
При необходимости перевести блок питания в дежурный режим можно воспользоваться кнопкой SA2, при нажатии на которую будут соеденены база и эмиттер транзистора VT1. Транзистор закроется и обесточит контроллер и драйвер. Импульсы управления исчезнут, исчезнут и вторичные напряжения. Однако питание не будет снято с реле К1 и повторного запука преобразователя не произойдет.
Расположение деталей на печатной плате показано на рисунке 6. Сразу следует оговориться - этот импульсный блок питания не для начинающих, поэтому некоторые номиналы на чертеже не проставлены, чтобы более опытные смогли разобраться, а начинающих это должно остановить.

Рисунок 6. Расположение деталей на плате сетевого импульсного блока питания для усилителей мощности до 1000 Вт.

Скачать печатную плату

Немного крупнее и мощнее печатная плата показанная на рисунке 7. На ней установлены диоды вторичного питания в корпусе ТО-247, а в этом корпусе есть диоды с током до 80 А и 1200 В, а так же более крупный силовой трансформатор.

Рисунок 7. Расположение деталей на плате сетевого импульсного блока питания для усилителей мощности до 2000 Вт.

Скачать печатную плату

Немного о деталях:
Силовой трансформатор мы изготавливаем на сердечниках от строчных трансформаторов телевизоров. Однако схожие параметры можно получить и на феритовых кольцах, правда частоту преобразования не стоит поднимать выше 70 кГц, поскольку даже уже на этой частоте феррит 2000 начинает греться из за внутренних потерь. В качестве дросселя групповой стабилизации мы используем сердечник от ТПИ. Обмотки распологаются встречно, как показанно на принципиальной схеме. Сечение проводников расчитывается из отношения 3-4 А на мм кв. Обмотки наматываются до заполнения окна. В случае использвания в качестве сердечника для дросселя групповой стабилизации ферритового кольца лучше использовать кольцо К40х25х11. Обмотки мотаются до уменьшения отверстия внутри до 14...16 мм. В качестве дополнительных фильтрующих индуктивностей мы используем сердечники от фильтров сетевого питания телевизоров, но эти фильтры можно намотать и на кольцах диаметром 20...25 мм. Обмотка мотается до заполнения, тем же проводом, что и дроссель групповой стабилизации.
При необходимости получить блок питания для усилителя с двухуровневым питанием выходные напряжения блока питания следует соеденить по схеме рисунка 8.

Рисунок 8. Схема соединений выходных напряжений для усилителя с двухуровневым питанием.


НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕНОСТИ ДАННЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ
Если повнимательней расмотреть принципиальную схему, то станет ясно, что контролируется лишь напряжение силовой части. Однако с этого же силового трансформатора производится и питание самой управляющей части блока. Поэтому без нагрузки в силовой части контролируеммое напряжение достигнув своей величины сократит длительность управляющих импульсов вплоть до их полного исчезновения. Это повлечет обесточивание контроллера TL4949 и драйвера IR2110 и блок питания просто отключится.
Поэтому данный блок питания без нагрузки отрегулировать нельзя. Для регулировки в качестве нагрузки следует все силоывые напряжения нагрузить резисторами мощностью 2 Вт и сопротивлением 4,7к...6,8к. При выходном напряжении 60...90 В это будет имитировать ток покоя усилителй мощности. При более низком выходном напряжении сопротивление следует немного уменьшить.