При создании гибридных устройств, в которых одновременно работают полупроводниковые компоненты и вакуумные лампы, нередко возникает проблема получения высокого анодного напряжения (150-250 В) из низковольтного источника (5-12 В).
В таких случаях бестрансформаторные повышающие преобразователи на индуктивных накопителях энергии являются отличным решением.
Среди множества специализированных микросхем для подобных преобразователей разработчики чаще всего отдают предпочтение MAX1771. Эта ИМС отличается высокой эффективностью, широким диапазоном питающих напряжений (2-16,5 В) и высокой тактовой частотой (до 300 кГц). Она также обладает встроенным ограничителем тока нагрузки и способностью управлять внешним MOSFET-транзистором, что делает её универсальной для различных конфигураций схем.
Описание схемы
На рисунке ниже представлена схема высоковольтного DC-DC преобразователя на базе MAX1771.
Основные компоненты схемы:
MAX1771 – контроллер DC-DC преобразователя, обеспечивающий управление MOSFET-транзистором.
IRF740A – мощный MOSFET-транзистор, работающий в качестве ключа.
L1 (100 мкГн) – индуктивность, необходимая для накопления энергии в процессе преобразования.
Принцип действия схемы основан на накоплении и перераспределении энергии в индуктивности. Контроллер MAX1771 управляет транзистором Q1 (IRF740A), периодически открывая и закрывая его. Когда транзистор открыт, ток через катушку L1 возрастает, накапливая энергию. При закрытии транзистора эта энергия передаётся через диод D1 на выход.
Частота работы схемы может достигать 300 кГц, что позволяет использовать компактные компоненты и уменьшить потери. Выходное напряжение регулируется потенциометром R4 в диапазоне 150-250 В.
Практические рекомендации по сборке
Выбор компонентов:MOSFET-транзистор должен иметь низкое сопротивление R_DS(on) и быть рассчитан на высокое напряжение (не менее 400 В). Диод D1 должен быть ультрабыстрым с временем восстановления менее 50 нс. Катушка L1 должна выдерживать постоянный ток не менее 2 А.
Монтаж и разводка платы:Следует использовать минимальные длины проводников, особенно в цепях с высокой частотой переключения. Рекомендуется применять печатную плату с хорошей заземляющей плоскостью.
Оптимизация схемы:Если при работе схемы наблюдается нестабильность или шум (например, свист от катушки), можно установить ферритовую бусину на вывод затвора транзистора. Для увеличения выходного тока можно заменить IRF740A на IRF644PBF.
Эффективность преобразователя
КПД схемы во многом зависит от качества используемых компонентов. При выходном напряжении 180 В и токе нагрузки 50 мА (9 Вт) КПД составляет около 74%. Если заменить IRF740A на более дорогой транзистор 2SK3772, эффективность повышается до 87%, а максимальный выходной ток достигает 130 мА (23,4 Вт).
Данный DC-DC преобразователь на основе MAX1771 является отличным решением для питания вакуумных ламп и газоразрядных индикаторов от низковольтных источников. Он обеспечивает высокую эффективность, простоту реализации и гибкость в настройке выходного напряжения. Соблюдая рекомендации по подбору компонентов и разводке платы, можно получить стабильный и надёжный источник высокого напряжения.
Приветствую всех любителей радиоэлектроники! Сегодня мы поговорим о том, как собрать стабилизированный источник питания 12 В / 5 А, который будет не только мощным, но и достаточно эффективным. Если вы когда-нибудь сталкивались с задачами проектирования источников питания, то знаете, что чем больше мощность, тем сложнее добиться стабильности и эффективности. Но не переживайте — я покажу, как можно обойтись без сложных импульсных схем и при этом получить отличный результат!
Почему линейный стабилизатор?
Когда речь заходит о мощных источниках питания, многие сразу думают об импульсных схемах. Да, они эффективны, но требуют сложных расчетов, качественных дросселей и дорогих компонентов. Линейные стабилизаторы, хоть и менее эффективны, зато просты в реализации и надежны. А если подойти к делу с умом, то можно добиться КПД до 80-90% даже при больших токах!
Предлагаемая схема реально была опробована, что при использовании подходящего силового транзистора этот стабилизатор работает даже при токах около 6А. Принципиальная схема стабилизированный источник питания 12 В / 5 А представлена на рисунке
Основные компоненты схемы
Для сборки нашего источника питания нам понадобятся:
Трансформатор на 12 В / 8-10 А. Он будет понижать сетевое напряжение до нужного уровня.
Диодный мост (например, GBPC3502) — для выпрямления переменного напряжения.
Конденсатор фильтра 15 000 мкФ / 25 В — чтобы сгладить пульсации.
Силовой транзистор (например, TIP147 или TIP35C) — для регулировки напряжения.
Стабилитроны (D1, D2) — для точной настройки выходного напряжения.
Резисторы (R1, R2, R3) — для ограничения тока и настройки схемы.
Конденсаторы (C1-C5) — для фильтрации и стабилизации.
Трансформатор понижает сетевое напряжение до 12-18 В (в зависимости от нагрузки). Напряжение холостого хода около 18,5В, при нагрузке от 14,5 до 13,5В. При выходном напряжении около 12,2В разницы между входным и выходным напряжениями все же достаточно для надежной работы стабилизатора.
Диодный мост выпрямляет переменное напряжение, превращая его в постоянное.
Конденсатор фильтра сглаживает пульсации, чтобы на вход стабилизатора поступало стабильное напряжение.
Силовой транзистор регулирует выходное напряжение, поддерживая его на уровне 12 В.
Стабилитроны и резисторы задают опорное напряжение, которое используется для точной настройки выхода.
Особенности схемы
Высокий КПД: Благодаря тому, что схема работает даже при небольшой разнице между входным и выходным напряжениями (около 1 В), удается достичь КПД до 80-90%.
Стабильность: Выходное напряжение изменяется всего на десятки милливольт даже при максимальной нагрузке.
Простота настройки: Используя два стабилитрона (D1, D2), можно точно настроить выходное напряжение. Например, комбинация 5,6 В + 6,2 В даст нам 11,8 В, что близко к желаемым 12 В.
Защита от перегрузок: Резистор R3 ограничивает ток короткого замыкания, защищая схему от повреждений. Ни чего сложного, резистор R3 выполняет двойную функцию, его сопротивление ограничивает ток короткого замыкания стабилизатора, а когда входное напряжение падает ниже 12В, он ограничивает ток, протекающий через переход e-b силового транзистора и T2 на землю.
Практические советы
Охлаждение: Силовой транзистор будет нагреваться, особенно при токах близких к 5 А. Обязательно установите его на радиатор!
Конденсаторы: Если планируете работать с токами больше 5 А, увеличьте емкость конденсатора фильтра до 20 000 мкФ.
Точная настройка: Если вам не нужно точное напряжение 12 В, можно немного увеличить его (например, до 12,5 В). Это позволит сохранить разницу между входным и выходным напряжениями на уровне 0,9 В, что улучшит КПД.
Схема собирается на печатной плате, что значительно упрощает процесс. Все компоненты расположены компактно, а разводка платы позволяет избежать лишних проводов. Если вы используете только один стабилитрон, не забудьте заменить второй перемычкой.
Монтаж стабилизированный источник питания 12 В / 5 А выполнен на печатной плате, представленной на рисунке.
Итог
Собрать стабилизированный источник питания 12 В / 5 А не так сложно, как может показаться на первый взгляд. Линейный стабилизатор, несмотря на свою простоту, может быть очень эффективным, если правильно подобрать компоненты и настроить схему. Этот проект отлично подойдет для тех, кто хочет получить надежный источник питания без лишних сложностей.
Если у вас есть вопросы или вы хотите поделиться своим опытом сборки подобных схем, пишите в комментариях! Давайте обсудим и улучшим этот проект вместе!
Электронный Дроссель источника питания транзисторного усилителя мощности и другой Электроники
Каждый, кто сталкивался с построением качественного усилителя звука, знает, насколько критично стабильное и чистое питание. Даже небольшие пульсации напряжения способны проникнуть в звуковой тракт, вызывая фон, наводки и искажения. Особенно это заметно в усилителях класса A, где ток потребления относительно постоянен, но любые нестабильности питания напрямую отражаются на качестве звука.
Раньше для сглаживания пульсаций широко применялись дроссели – массивные катушки индуктивности, которые вместе с конденсаторами формировали фильтр низких частот. Они эффективно подавляли переменную составляющую напряжения, но имели свои недостатки: значительные размеры, вес, электромагнитные наводки и неизбежные потери энергии.
Современной альтернативой стали электронные дроссели – активные фильтры на базе MOSFET-транзисторов. Они выполняют ту же задачу, но компактнее, эффективнее и точнее, обеспечивая глубокую фильтрацию без необходимости использования громоздких индуктивностей. Именно такое решение представлено в данной статье.
Электронный дроссель представляет собой активный фильтр на основе силового MOSFET-транзистора, предназначенный для снижения пульсаций напряжения, поступающего с выхода выпрямителя источника питания. Такое устройство особенно полезно в схемах усилителей мощности, где требуется стабильное питание с минимальными помехами и высоким уровнем эффективности.
Схема электронного дросселя на полевом транзисторе
Преимущества схемы
Представленная схема обладает рядом ключевых преимуществ:
Высокий коэффициент фильтрации, обеспечивающий снижение пульсаций практически в 1000 раз, что существенно улучшает стабильность работы усилителя.
Высокая эффективность за счёт использования MOSFET-транзистора с низким порогом включения и малым сопротивлением открытого канала.
Встроенная защита от короткого замыкания, предотвращающая выход из строя элементов схемы и обеспечивающая долговечность устройства.
Компактность схемы, что позволяет её интегрировать в различные конструкции усилителей мощности без значительных изменений в топологии.
Область применения
Электронный дроссель широко применяется в:
УМЗЧ класса A, таких как усилитель Джона Линсли-Худа (JLH), однотактные усилители Зена и другие.
Полупроводниковых схемах, требующих стабилизации питания с низкими уровнями пульсаций.
Высокоточных аудиоустройствах, где требуется минимизация фоновых шумов, вызванных нестабильностью питания.
Лабораторных источниках питания, где необходим высокий уровень фильтрации пульсаций и стабильность выходного напряжения.
Выпрямитель на диодном мосте Br1, который преобразует переменное напряжение в постоянное.
Фильтрующий конденсатор C1, сглаживающий основные пульсации выпрямленного напряжения.
Формирование управляющего напряжения: диод D1 создает напряжение на затворе транзистора, которое всегда на 0,6–0,7 В ниже напряжения на выходе выпрямителя.
Фильтр низких частот (R2, C2, R3, C3), подавляющий высокочастотные колебания на затворе и обеспечивающий мягкий пуск.
Силовой транзистор T3 (IRL530), работающий в режиме повторителя напряжения.
Стабилитрон D2, выполняющий защитную функцию, ограничивая напряжение затвора и ограничивая ток нагрузки до 7,2 А.
Выходной предохранитель F1, защищающий схему от перегрузки и короткого замыкания.
Принцип работы
Входное напряжение выпрямляется и сглаживается конденсатором C1.
Через диод D1 на затвор транзистора подаётся стабилизированное напряжение, определяющее его режим работы.
Комбинация элементов R2, C2, R3, C3 формирует фильтр, устраняющий остаточные пульсации и обеспечивающий плавное включение схемы.
MOSFET транзистор IRL530 работает в режиме повторителя, обеспечивая минимальное падение напряжения и высокую эффективность.
В случае перегрузки или короткого замыкания стабилитрон D2 ограничивает напряжение затвора, снижая ток через транзистор и предотвращая его перегрев.
Использование диодов Шоттки в выпрямителе снижает потери на выпрямлении, увеличивая общую эффективность системы.
Увеличение ёмкости C1 позволяет уменьшить входные пульсации, улучшая стабильность выходного напряжения.
Выбор транзистора с ещё более низким сопротивлением открытого канала (Rds(on)) повысит КПД схемы и уменьшит тепловые потери.
Дополнительное экранирование схемы снижает уровень внешних электромагнитных помех, что особенно важно в аудиосистемах высокого класса.
Общие выводы:
Электронный дроссель на MOSFET является эффективным решением для сглаживания пульсаций в источниках питания усилителей мощности. Он обеспечивает высокую стабильность выходного напряжения, защищает нагрузку от перегрузок и коротких замыканий, а также улучшает качество работы звуковой аппаратуры за счёт снижения шумов в питании. Благодаря своей компактности, эффективности и универсальности, схема может применяться в широком спектре электронных устройств, требующих высококачественного стабилизированного питания.
У меня та же проблема, с которой я не знаю как бороться и страдаю уже пару лет... на какое-то время я смирился с шумом и подумал, что проблема сама решится, если я куплю внешнюю звуковую карту. И недавно, я невзначай взял fifine c1, подключил микро по xlr, по переходнику 3.5 на 6.5 подключил наушники и... шум усилился. и изменяется по мере увеличения громкости(При полном отключении звука все равно есть шум, но если делать громче, он тоже становится громче). внешняя звуковуха подключается по юсб к задней панели, на материнку(asus rog strix b450-f) при этом проблема не в этих наушниках(Проверял на других устройствах). И тут все, я окончательно отчаялся, не знаю что делать. Самое забавное, что я так же подключал по проводу sony wh1000xm4, включил их(Да, подключая их по проводу и включая, вы получаете полный функционал) шума нет, что в целом, логично, ведь у них своя звуковая карта, на которую не влияет проблема пк. В общем, я не знаю что делать
В повседневной жизни это устройство я не использую. Гораздо чаще сталкиваюсь с проблемой перегорания светодиодных ламп. О своем опыте разработки светодиодной лампы и хотел бы поговорить.
Лет 10 назад, наверно, впервые возникла идея разобраться почему магазинные лампочки перегорают и усовершенствовать их. За лампочки взялся в начале новогодних праздников. Было же 2 недели праздников, в качестве перекура от основной работы попаивал лампочки вечерами 😅
Поверхностный анализ лампочек показал ряд потенциальных проблем, которые видны невооруженным взглядом. Я выделил следующие проблемы:
плохой теплоотвод
некачественные материалы
перегрев светодиодов
перегрев блока питания
Плохой теплоотвод
В сети (в частности на youtube) полно видео на эту тему. Самое полезное что мне удалось узнать из этих видео:
строение ламп, которые авторы видео разбирают и предлагают улучшить
Хотел бы выделить следующие советы - проделать отверстия для охлаждения, припаять резистор большего номинала для понижения тока, который подается на светодиоды.
Отверстия в лампе улучшают циркуляцию воздуха. По крайней мере они делают ее возможной. Лично я не измерял (для каждого производителя) насколько увеличивается срок жизни лампы с отверсиями по отношению к лампам без отверсий. Но уверен что по крайней мере здравый смысл в этом имеется. На фото корпуса двух ламп одной модели. В одной я выбил отверстия, а в другой они запаяны. Также неплохо было бы чтобы были отверстия в нижней части лампы, т.е. в рассеивателе света (он тоже глухой как и верхняя часть):
В итоге я сделал отверстия в верхней части таких лампах, светили они у меня по времени примерно также как и без отверстий. Из этого я сделал вывод, что может срок службы и увеличился, но значительного увеличения я не обнаружил.
Плохой теплоотвод : радиатор лампы
В процессе исследования выяснилось, что температура нагрева платы на которой расположены светодиоды может достигать и держаться в области 90 градусов по цельсию. Очевидно, это одно из слабых мест лампы.
Если блок питания находится на одной плате со светодиодами, то он перегревается. В основном из-за перегрева выходит из строя конденсатор.
Блоки питания
В 2-х словах затрону блоки питания. Я плохой радиоэлектронщик, был бы признателен, если бы профессионалы поправили если я где-то ошибусь.
Блоки питания этих ламп должны выдавать определенный ток и напряжение. Если лампы соединены последовательно (а это так, наверно, во всех лампах), то величина тока, требуемая для работы светодиодов, будет значительно ниже чем для случая параллельного соединения. У светодиодов, помимо токов, важно напряжение. Существует пороговое значение напряжения, которое вызывает свечение диода. Если напряжение будет ниже, то светодиод не загорится. При последовательном подключении величина этого напряжения падает на каждом светодиоде. Важно чтобы она не упала ниже порогового значения на одном из светодиодов, иначе вся лампа не засветится.
Для себя я выделил 2 типа источников питания: простые (они понижают ток, напряжение) и сложные (импульсные источники питания).
Простые ИП. Простые источники просто понижают входные данные. Как бы ограничивают их. Из плюсов - эти источники относительно просто собрать. Из минусов - они очень чувствительны к изменениям к сети и это может привести к выходу из строя всей лампы.
Импульсные ИП. Это значительно более сложные ИП. Обычно их называют драйверами. Их особенность в том, что они выдерживают стабильный ток на выходе. Для них не так сильно некритичны изменения в сети. Также следует отметить, что частота импульсов таких блоков подобрана исходя из особенностей светодиодов и находится в диапазоне 2 000-20 000 Гц. Повторюсь, что частота этих блоков определяется светодиодами. Возможно существуют импульсные блоки с более высокой и более низкой частотой импульсов.
На первое время для эксперименов я приобрел такой импульсный блок:
Замечу, блоки питания светодиодных ламп, которые приведены на первом фото, являются встроенными. Это значит, что они подвержены влиянию высоких температур. Следовательно срок жизни такого блока значительно сокращается.
Попытки собрать свою лампочку
Хочу отметит, что далее речь будет идти именно о сборке своей лампочки путем устранения или уменьшения выявленных недостатков, а не о "сделайте 5 отвертий в крышке и лампа прослужит дольше" или "припаяйте резистор ХХХ вместо YYY и лампа прослужит дольше" или "удалите чип зла и лампа прослужит дольше".
Первым делом была собрана схема. А может и не первым делом. В общем, в процессе работы потребовалось чтобы принципиальная схема прибора была перед глазами и чтобы ее легко было возможно редактировать. Ekectronic Workbench помог с этим:
Далее купил стеклотекстолит 1мм, лист 2м x 2м. Купить пришлось оптом, чтобы было дешевле 😅 Мне вообще все приходилось покупать оптом, так дешевле 😅😅😅
Взял 100 светодиодов на 1Вт, рублей 600 они стоят на Aliexpress:
Что еще пришлось купить для экспериментов: - аллюминиевый лист 0.5x500x500 мм для эксперименов с радиатором ~ 500 руб. - аллюминиевая пластина 2x900x70 мм (взял ее тоже для теста радиатора) ~ 400 руб. - резисторы, блоки питания и прочее - тоже ушли деньги, считать лень.
В итоге по традиции собрал схему на картонке и протестировал:
Сделал плату пока мучил светодиоды на картонке.
Освещенность измерял с помощью телефона и приложения для измерения освещения. Да, датчик на телефоне далеко неточный, но точного значения мне не нужно. Я сделал стенд куда ставил свою и заводскую лампочку и измерял освещение. Нужно было чтобы освещение от моей лампы соответствовал освещению от заводской. В итоге этого соответствия добиться удалось, телефон показывает около 12 000 Lux для обоих ламп.
Стенд для измерения освещения представяет из себя картонную трубу. На одном конце трубы - лампа, а на другом - датчик телефона.
На этот момент у меня был паяльник с выгоревщим жалом, не пугайтесь:
На этом фото лампа собрана на стеклотекстолите толщиной 1 мм. Использованы smd-резисторы номиналом 56 Ом, 0.5 Вт. Позже номинал будет понижен, но это приведет к повышению тепловыделения на всей плате. Светодиоды здесь подключены параллельно. Кстати, вот фото работающей лампы, использовал резисторы 47 Ом на 1 Вт:
Эта лампа уже и светит хорошо и греется так что резисторы стали темнеть, канифоль стаоа испаряться, пластик начинал портиться. Перометра у меня, к сожалению, пока еще нет. Так что точную температуру не скажу.
Я начал задумываться о разработке платы на алюминиевом основании. Заготовки для таких плат называют "фольгированный алюминий" или "плакированный медью алюминий". Последнее название используют профессионалы и компании-изготовители таких заготовок.
На Алиэкспресс почему-то заготовок не продают и я обратился к китайским производителям. Они продают заготовки для плат. При минимальном заказе - 1 куб. метра таких плат толщиной 0.5 мм придется заплатить около 400 000 руб без учета доставки, таможни и прочих расходов на усушку и утряску.
В итоге решил попробовать собрать плату самостоятельно, в домашних условиях: купил термостойкую краску Certa (до +900 градусов по цельсию) и медную фольгу. Нанес краску на алюмиевый круг диаметром 7 см, толщиной 2 мм. Вытравил в хлорном железе дорожки на фольге и приклеил их краской к алюминию. Вот что получилось:
Вырезал 7 дисков толщиной 0.5 мм, диаметром 7 см (использовал их в радиаторе, но на фото, к сожалению, его не показал):
Хотя дорожки и не контачат с алюминиевым основанием, но они плохо на нем держатся 😂 Моя супер-пупер идея пошла в помойку, а я на поиски плакированного алюминия.
В итоге купил этот алюминий (не помню сколько лист 1x200x300 мм). Ну как купил, вообще-то мне его подарили, даже 2. Подарили после того как узнали что я делаю :)
Переделываем плату и снова травим, но уже на алюминиевом основании:
Пока вечером травится лист, поблизости на стеклотекстолите умирает еще одна лампочка, которая работала наизнос (ток 350 мА):
Позже отец подарил мне паяльник на 80 Вт:
Хороший паяльник, но есть одно НО. Все казабось бы работает, но я очень долго с ним мучился. У меня не получалось припаять светодиоды к алюминиевой плате. Она хорошо отводила тепло. Но это еще не все. Китайцы подсунули тугоплавкий припой. Настолько тугоплавкий, что проверенный некитайский паяльник 80 Вт с трудом его брал. Подставу с припоем я выяснял долго. Чтобы паять светодиоды на алюминиевой плате даже заказал печку с Авито.
Кое-как припаял светодиоды этим припоем на этой печке. Вся плата из белой стала черной 🤣🤣🤣
К этому моменту подобрал подходящий блок питания (он на фото)
Я и сам уже не верил в то, что дорожки не коротят с подложкой. Но они не коротят!
В итоге поместил блок питания, плату с светодиодами и плату с резисторами в один корпус на самодельный радиатор из 7 алюминиевых пластин толщиной 0.5 мм и диаметром 7 см. И все это успешно сгорело разом. Вообще... Это было адское устройство. И так было понятно что сгорит, но я решил узнать когда сгорит. Примерно через 30 мин выгорело разом 3 светодиода из 6.
Фото одного из экспериментов. Не помню что именно проверял, но оставлю его здесь.
Сейчас я разнес все элементы этой лампы максимально далеко друг от друга (блок питания, светодиоды) и смотрю как она справляется. Надежда есть. Уже целый день работает:
Пока у меня на этом все. Надеюсь статья была интересной и, возможно, полезной. Всем хорошего дня!
Тема продолжение предыдущей. Кратко сдох блок питания в гарантию, на замену взял другой.
По итогу метаний взяд DEXP ATX White 550 на 550 ватт с сертификатом 80+ вроде как и что важнее 5 лет гарантии! Система у меня райзен 3600, rtx 3060, 32гб ОЗУ, SSD m2 512, и HDD 1тб. 4 вертушки.
Читал что типо 550 не хватит по итогу хватило ничё не виснет не вылетает даже под нагрузкой хорошей.
И вот сегодня пришла смс что можно или новый БП или деньги БП соответственно или такой же как был DEEPCOOL PF650 или другой с доплатой.
Собственно опции забрать деньги и оставить DEXP, забрать новый DEEPCOOL и или продать его или поставить может будет работать всё таки 650, взять что то другое с доплатой и продать DEXP.
Если оставить DEXP то выйдет без финансовых потерь типо остальное будет потери ибо доплаты продажи и так далее :((
Вот чё то и не знаю с одной стороны 5 лет гарантии и он вроде тянет мой комп с другой ну это же DEXP мало ли.
