Практика‎ > ‎Аудио‎ > ‎

Модуль питания мощного УМЗЧ

Требования

В процессе сборки высококачественных УМЗЧ, а так же, иногда, в ремонте или модернизации усилителей, особенно при апгрейде, возникает необходимость обеспечить для УМЗЧ качественное, чистое, мощное питание. Так появилось это изделие.
Требовалось, в первую очередь, в полной мере реализовать потенциал мощных качественных конденсаторов для фильтров питания класса Audio Grade или Premium Grade, не растерять микродинамику, обеспечить хорошую развязку между каналами и высокий коэффициент демпфирования.
Не в последнюю очередь обращалось внимание на звучание усилителя с этим источником питания, собственные паразитные индуктивности, сопротивление доржек монтажа и способность поглощать помехи в во всем спектре рабочих частот.
https://sites.google.com/a/lvsystem.ru/lab/kits/power-amp-psu/P80902-032200.jpg?attredirects=0
Рис.1 - вид со строны терминала подключения силового трансформатора
https://sites.google.com/a/lvsystem.ru/lab/kits/power-amp-psu/P80902-032309.jpg?attredirects=0
Рис.2 - вид со стороны терминала подключения нагрузок.

Схема 

Функционально схема состоит из двух мостовых двухполупериодных выпрямителей на быстрых диодах Ultra Fast Recovery VD1-VD4 (VD5-VD8), двухступенчатых фильтров С3-R3-C7 (C4-R4-C8), помехоподавляющих конденсаторов С1, С5, С9 (С2, С6, С10), разрядных резисторов R1 (R7), элементов самовосстанавливающейся токовой защиты FU1 (FU2) фирмы Littlefuse, индикаторов наличия напряжения питания HL1, R5 (HL2, R6).
https://sites.google.com/a/lvsystem.ru/lab/kits/power-amp-psu/%D0%A1%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%B0.png
Примечание - в скобках указаны обозначения элементов для второго канала.
Рис.3 - принципиальная схема модуля питания

В качестве помехоподавляющих применены высокотоковые толстопленочные помехоподавляющие конденсаторы с высокой линейностью EPCOS серий B32529, B32562 или RIFA серии PHE426.
Наличие между конденсаторами С3, C7 (C4, C8) развязывающего сопротивления R3 (R4) позволяет ослабить ударные токовые выплески от работы диодов выпрямителя и более, чем в 100 раз снизить уровень помех на УМЗЧ на средних и высоких частотах, сместить спектр шума в диапазон ниже 500 Гц. Сопротивления R3, R4 не влияют на качество демпфирования УМЗЧ, так как по сути первое звено C3 (C4) и второе звено С7 (С8) CRC-фильтра выполняют разные функции: первый обеспечивает в основном сглаживание питающего напряжения, а второй - буферирует питание самого усилителя.
Разрядные резисторы R1 (R7) необходимы для безопасного разряда мощных конденсаторов фильтра на протяжении нескольких минут после отключения питания либо в случае аварии (обрыва) резисторов R3 (R4).
Имеется индикация наличия напряжения питания на светодиодах HL1, HL2.

Схема включения

Рекомендуемая схема подключения платы питания в составе УМЗЧ показана ниже.
https://sites.google.com/a/lvsystem.ru/lab/kits/power-amp-psu/%D0%9F%D0%BE%D0%B4%D0%BA%D0%BB%D1%8E%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5.png
U1*, U2* - модули УМЗЧ; U3 - плата питания УМЗЧ (описываемая в статье); R1*, R2* - резисторы подгрузки; T1* - силовой трансформатор; XS1*, XS2* - входные разъемы УМЗЧ; XT1*, XT2* - терминалы подключения акустических систем на корпусе усилителя. 
Примечание: * - не входит в комплект.
Рис.4 - рекомендуемая схема подключения платы питания в составе УМЗЧ

Отдельно следует объяснить назначение внешних силовых резисторов R1 и R2 сопротивлением 470 Ом и мощностью 10 Вт. 
Строго говоря, они не обязательны. Но подгруженный на реактивную нагрузку выпрямитель фактически предоставлен "сам себе", так как в покое УМЗЧ в классе АВ1  и, тем более, в классе В или "цифровые" в классе D / T; имеют крайне низкий ток потребления и нормально нагрузить связку диоды + конденсаторы фильтра не могут... Что получается? Емкости фильтров C3, C4, C7, C8 имеют очень низкое собственное внутреннее сопротивление ESR и трансформатор через диоды VD1 - VD8 заряжают их короткими, но мощными импульсами, ограниченными по амплитуде тока фактически лишь активным сопротивлением обмоток самого трансформатора и сопротивлением монтажа. Импульсы очень короткие, поэтому частотный отклик простирается далеко за пределы звукового диапазона. Избавиться от таких помех будет очень сложно. 
Если выпрямители нагрузить на достаточно малое активное сопротивление, отобрав мощность в пару раз больше, чем мощность, потребляемую УМЗЧ на небольшой громкости, то:
1) энергетика импульсов заряда станет гораздо мягче;
2) спектр импульсов от выпрямителя сместится в низкочастотную область;
3) исчезнет модуляция усилителя этими импульсами, звучание усилителя станет более прозрачным. 
Следует заметить, что такое решение часто встречается в "каменных" усилителях "золотой эпохи Hi-Fi" времен 70-х.
Можно сказать, что, таким образом, выпрямитель переводится в класс А (шутка).
Кроме мощных резисторов R1, R2, в схему для снижения помех со стороны питания введены мощные помехоподавляющие конденсаторы C5, C6, C9, C10 и реализован CRC фильтр на элементах C3R3C7 и C4R4C8. 

Возможности

- два диодных моста - лучше энергетика, меньше помех;
- CRC-фильтр для снижения помех от сети и от переключения диодов;
- адсорбция ВЧ помех сильнотоковыми пленочными конденсаторами с низким ESR и хорошей линейностью;
- имеется самовосстанавливающаяся защита от КЗ со стороны УМЗЧ;
- обеспечивает подключение двух каналов УМЗЧ на отдельные терминалы;
- имеются терминалы подключения холодного провода от АС по схеме "звезда";
- отдельные терминалы для мощных резисторов подгрузки;
- размер платы 100х100 мм.

Конструкция

Плата изготовлена из двухстороннего стеклотекстольта FR-4 с удвоенной толщиной меди 70 мкм, имеет защитную паяльную маску с обоих сторон. На плату нанесены надписи позиционных обозначений и номиалов всех элементов, назначение контактов разъемов. Все отверстия имеют усиленную металлизацию.  
https://sites.google.com/a/lvsystem.ru/lab/kits/power-amp-psu/%D0%9C%D0%BE%D0%BD%D1%82%D0%B0%D0%B6%D0%BA%D0%B0.png?attredirects=0
Рис.5 - Монтажная схема

Плата оснащается винтовыми разъемами (терминалами). Но, тем не менее, рекомендуется в усилителях самого высокого качества использовать не терминалы, а пайку непосредственно в отверстие платы. Диметр отверстий 3,0 мм.
Высота монтажа платы в результате может быть очень малой, от 30 мм (на мощных низкопрофильных конденсаторах Panasоnic HC 10,000uF на 50V).
Установка на шасси осуществляется на 4 угловых и 1 дополнительное отверстие диаметром 3,5 мм. Отверстия не имеют контакта в цепями в плате. 
Чертеж платы приведен ниже:
https://sites.google.com/a/lvsystem.ru/lab/kits/power-amp-psu/%D0%A7%D0%B5%D1%80%D1%82%D0%B5%D0%B6.png
Рис.6 - Чертеж и габаритные размеры

Мощные внешние резисторы R1, R2 следует монтировать на радиаторах, чтобы рассеить выделяемую мощность. 

Комплектация

Платы комплектуются в базовом варианте Premium Grade конденсаторами Nichicon суммарной емкостью 40,000 мкФ на напряжение 80 В, чего достаточно для питания большинства промышленных усилителей при кастомизации или для собственных изделий.
Без каких-либо трудностей на плату устанавливаются дорогие Audio Grade серии конденсаторов типа Nichicon KG Super Through, DENON for Audio, OEM ELNA for Audio с жесткими snap-in выводами с расстоянием 10 мм между ними и диаметром корпуса до 35 мм.
Comments