Устройство усилителя «DL Audio Gryphon Lite 1.1500». Преобразователь напряжения.
Продолжение материала по устройству автомобильного усилителя DL Audio Gryphon Lite 1.1500 класса D.
Предыдущие части:
Задача преобразователя напряжения (инвертора) заключается в преобразовании напряжения 10...14,4V бортовой сети автомобиля в двухполярное ±60...70V, которое необходимо для работы усилителя класса D.
В автомобильных усилителях используется топология двухтактного преобразователя со средней точкой (так называемый "Push-Pull"). Выбор обусловлен низковольтной первичной частью.
На выходе преобразователя формируются основные напряжения, необходимые для работы мощного усилительного каскада класса D, а также дополнительные, которые требуются для работы предварительного усилителя и активных фильтров (кроссовера), широтно-импульсного модулятора и цепей драйвера.
Фрагмент общей схемы с преобразователем напряжения показан далее (изображение кликабельно).
Схема преобразователя напряжения усилителя Gryphon Lite 1.1500
Ещё раз отмечу, что для изучения взята схема от моноблока Kicx QS 1.600, чьей упрощённой копией является усилитель DL Audio Gryphon Lite 1.1500. Несмотря на отличия и возможные нестыковки в схеме она вполне пригодна для изучения базовых узлов аппарата и общего понимания работы устройства.
Входной фильтр.
Основное постоянное напряжение 10...14,4V от АКБ автомобиля подаётся на клемму «+12V» и далее на входной фильтр (C52, C53, C54, C55, C56, C57 и т. д.), который выполнен на алюминиевых электролитических конденсаторах ёмкостью 2200 мкФ каждый. Рабочее напряжение конденсаторов 25V.
Фильтр необходим для сглаживания пульсаций, которые неизбежно возникают из-за работы импульсного преобразователя.
На плате установлено десять конденсаторов (на схеме их восемь), общая ёмкость которых складывается согласно параллельному соединению конденсаторов. Итого получается конденсатор на 22000 мкФ.
Конденсаторы имеют маркировку JWCO VENT HGD +105°C PET 1912 2200μF 25V. Серия HGD. Это конденсаторы Low ESR, применяемые для работы в цепях с импульсными токами. Поэтому при ремонте инвертора менять их на что попало не стоит.
Параллельно конденсаторам фильтра установлен мощный защитный диод D1. Он включен в обратном направлении и при корректном подключении усилителя ток не пропускает.
Но, если при подключении произойдёт переполюсовка, – подача напряжения обратной полярности на клеммы питания «+» и «-», то он откроется и пропустит через себя мощный импульс тока, который сожжёт плавкий предохранитель по шине +12V.
Стоит отметить тот факт, что у моноблоков для сабвуфера нет встроенных разъёмов для установки плавких предохранителей ("флажков"). Предполагается использование внешнего блока с предохранителем.
Обычно данный диод выручает редко, так как народ у нас целеустремлённый и вместо нового предохранителя ставит "жучок"-перемычку из-за которого выгорает уже вся силовая часть преобразователя и мелкая обвязка в довесок.
Напряжение с входного фильтра поступает на обмотки тороидальных трансформаторов T1, T2 и коммутируется силовыми MOSFET-транзисторами с высокой частотой.
ШИ-контроллер и ключевые транзисторы.
Работой преобразователя заведует ШИ-контроллер, который выполнен на базе микросхемы TL494C в корпусе SOIC-16 для SMT-монтажа.
Модуль управления выполнен на отдельной плате, которая запаивается на основную вертикально и имеет 15 выводов.
На плате распаяна микросхема TL494C (U7), компаратор на микросхеме операционного усилителя LM339 и элементы промежуточного каскада – драйвера.
На принципиальной схеме от усилителя Kicx QS 1.600 указаны две микросхемы U19 и U21 (LM393). В усилителе Gryphon Lite 1.1500 используется одна микросхема LM339, которая смонтирована на плате управления преобразователем. Всё отличие заключается в том, что LM393 содержит внутри два операционных усилителя, а в LM339 их четыре. За счёт этого монтаж этой части схемы сделали более компактным, так как вместо двух LM393 применяется одна LM339.
Промежуточный каскад драйвера выполнен на комплементарных биполярных SMD-транзисторах MMBT4401 (2X) и MMBT4403 (2T) (на схеме это Q27, Q28, Q32, Q33, Q37, Q38, Q42, Q43).
Основная задача промежуточного каскада – драйвера, это обеспечение быстрого открытия и закрытия силовых MOSFET-транзисторов, которыми он управляет.
Драйвер необходим для того, чтобы согласовать 9 и 10 выходы микросхемы U7 и ёмкость затворов ключевых MOSFET-транзисторов Q24, Q25, Q26, Q29, Q30, Q31, Q34, Q35, Q36, Q39, Q40, Q41 (STP65NF06).
Транзисторы Q42, Q37, Q32, Q27 обеспечивают ток, достаточный для заряда входной ёмкости MOSFET-транзисторов. Они участвуют в процессе открытия MOSFET-транзисторов.
Транзисторы Q43, Q38, Q33, Q28 помогают разрядить входную ёмкость затворов у мосфетов STP65NF06, а, следовательно, быстрее закрыть их. Это необходимо для того, чтобы исключить прохождение так называемого "сквозного тока", который возникает при неполном закрытии ключевых транзисторов. Сквозной ток приводит к пробою MOSFET-транзисторов и выходу инвертора из строя.
Низкоомные резисторы (R109, R110, R111 и т. д.) в цепи затворов ограничивают зарядный ток входной ёмкости затворов MOSFET-транзисторов. В случае ремонта преобразователя и замене мосфетов в нём, данные резисторы необходимо проверять, также, как и транзисторы промежуточного каскада – драйвера.
Активными элементами преобразователя являются мощные MOSFET-транзисторы 65NF06 (STP65NF06), которые работают в ключевом режиме. Они прокачивают через первичные обмотки высокочастотных трансформаторов значительный ток.
В каждом из плеч преобразователя по шесть транзисторов 65NF06 (по 3 в каждом плече на каждый трансформатор).
Высокочастотные тороидальные трансформаторы.
Для обеспечения необходимой мощности в инверторе используется два тороидальных трансформатора (T1 и T2), работающих на высокой частоте. Они включены параллельно.
Каждый трансформатор имеет первичную обмотку, состоящую из двух полуобмоток с одинаковым количеством витков (Ⅰ, Ⅱ), а также одну вторичную. Вторичная обмотка также имеет две секции (Ⅲ, Ⅳ) с отводом от середины.
Кроме этого имеются отдельные дополнительные обмотки (Ⅴ, Ⅵ), которые используются для питания маломощных цепей усилителя: блока предусилителя и встроенного кроссовера, ШИ-модулятора, цепей защиты, а также драйвера усилителя класса D.
Нетрудно заметить, что все обмотки трансформаторов выполнены жгутом, состоящим из набора проводов небольшого диаметра. Казалось бы, зачем такое усложнение, ведь количество витков в обмотках невелико. Можно было намотать обмотки проводом и большего сечения. Дело в том, что на высоких частотах проявляется так называемый скин-эффект. Если применить провод большего сечения, то КПД преобразователя снизится.
Выпрямитель и сглаживающий фильтр.
Для питания высоковольтной части, – выходного каскада усилителя класса D используются обмотки (Ⅲ, Ⅳ) обоих трансформаторов T1 и T2. Они запараллелены и далее подключены к выпрямителю.
Так как питание выходного каскада двухполярное (±60...70V), то выпрямитель собран по мостовой схеме со средней точкой. Ток высокой частоты выпрямляется диодами (D13, D14, D15, D16).
В выпрямителе применяются ультрабыстрые сдвоенные диоды MUR1620CT и MUR1620CTR. Максимальный прямой ток для одного диода в сборке составляет 8А. То есть за одну полуволну переменного тока через выпрямитель может проходить ток в 32 ампера.
Положительную часть переменного тока выпрямляют сдвоенные диоды MUR1620CT с общим катодом (D13, D15).
Отрицательную составляющую выпрямляют сдвоенные диоды MUR1620CTR с общим анодом (D14, D16).
Так как усилитель класса D работает в ключевом режиме, то преобразователь напряжения должен обеспечивать большие импульсные токи. Напряжение на шинах питания может колебаться и из-за влияния индуктивных токов LC-фильтра на выходе усилителя класса D.
Чтобы подавить пульсации по цепям питания после выпрямителя ставится сглаживающий фильтр на электролитических конденсаторах большой ёмкости 2000 мкФ * 100V (A-OKCON C.E. -40 +105°C). На схеме они обозначены, как C63, C67, C108 и C109. На печатной плате их легко обнаружить. Они выглядят, как большие бочонки.
Стоит отметить, что найти замену данным конденсаторам довольно трудно, стоят они дорого. Поэтому, если достались б/у платы от "безнадёжных" усилителей с такими конденсаторами, то советую приберечь их. Бывает, что выручают при очередном ремонте.
На схему добавлены резисторы R1, R2 на 4,7 kΩ, которые шунтируют конденсаторы фильтра. Это разрядные резисторы. Их ещё называют нагрузочными.
На плате их легко обнаружить.
Они предотвращают перенапряжения при включении преобразователя напряжения, а также обеспечивают разряд конденсаторов фильтра после выключения усилителя.
Судя по всему, на платах усилителей серии Kicx QS 1.xxxx таких резисторов нет и конденсаторы фильтра очень долго держат заряд. Это нужно учитывать при ремонте и предварительно разряжать их!
На выходе сглаживающего фильтра формируется постоянное двухполярное напряжение ±60...70 вольт, которое подаётся на стоки MOSFET-транзисторов Q3, Q4, Q5, Q6 (VDD) и на истоки транзисторов Q8, Q9, Q10, Q11 (VSS). Таким образом основной выпрямитель обеспечивает питание выходного переключательного каскада усилителя класса D.
Напряжение на выходе основного выпрямителя не стабилизировано и меняется в зависимости от входного напряжения, поступающего на преобразователь от аккумулятора. При 14,4V оно составляет ±70...71V. При напряжении +12V, выходное напряжение должно быть в районе ±60V.
При пониженном напряжении питания (заглушенном двигателе) не рекомендуется эксплуатировать усилитель на максимальной мощности, так как при пониженном входном напряжении нагрузка на преобразователь будет выше из-за чего он может выйти из строя.
Дополнительные выпрямители.
Для питания низковольтной части усилителя (кроссовер, ШИ-модулятор, драйвер усилителя) используются дополнительные выпрямители.
Переменное напряжение снимается с изолированных от остальных вторичных обмоток (Ⅴ, Ⅵ). С обмотки Ⅴ напряжение поступает на однополупериодный выпрямитель на диоде D21. После фильтра на конденсаторах C73, C74 часть напряжения поступает на интегральный стабилизатор U8 (78L05) и используется для питания оптопары U14 (6N137), которая является частью драйвера усилителя класса D.
Остальная часть напряжения поступает на коллектор транзистора Q70 (MMBT4401) и используется для питания драйвера выходного переключательного каскада.
Дополнительная обмотка Ⅵ и элементы D17, C76, C77 и U9 выполняют аналогичную роль, но запитывают нижнее плечо выходного каскада.
В качестве выпрямительных диодов D17, D21 используются быстродействующие диоды RS1M (1А, 1000V) для поверхностного монтажа. На схеме от Kicx указаны диоды 1N4937 (1A, 600V).
Для питания элементов предусилителя и фильтров (электронного кроссовера) используется обмотка Ⅴ трансформатора T2, а также элементы выпрямителя (D22, D35) и фильтра (C87, C88, C89, C90). Выпрямитель собран по схеме однополупериодного выпрямителя, но для формирования двухполярного напряжения применяются два диода, каждый из которых выпрямляет свою полуволну переменного тока.
Напряжение от этого выпрямителя также используется для питания микросхем генератора и компаратора в блоке ШИ-модулятора.
Питание инвертора (микросхемы SN74HC00D) в ШИ-модуляторе осуществляется через интегральный стабилизатор U10 (78L05), а он в свою очередь получает напряжение от аккумуляторной батареи автомобиля через ключ на транзисторе Q17.
Судя по отзывам радиомехаников в "сожжённых" усилителях с неисправным преобразователем, могут сгорать не только мосфеты инвертора, но и стабилизатор U10 (78L05), а следом за ним и микросхема 74HC00D в ШИ-модуляторе. Как видим, схема подтверждает сказанное.
Цепь дистанционного управления питанием.
Цепь дистанционного управления питанием выполнена на биполярных транзисторах: маломощном Q20 и более мощном Q17. При поступлении напряжения +12V на клемму «REM» транзистор Q20 открывается, а следом за ним и Q17. Через него напряжение +12V с основной клеммы «+12V» поступает на 12 вывод питания контроллера TL494C и другие узлы схемы.
На плате усилителя Gryphon Lite 1.1500 вместо транзистора Q17 (2SA1797) имеется транзистор 2SC2383 в корпусе TO-92. Вероятнее всего, по своей функции он аналогичен транзистору Q17, но имеет структуру NPN.
Транзистор Q17 (2SA1797) здесь выступает в роли основного ключа, через который запитывается блок управления преобразователем, а также ряд других узлов схемы.
На схеме имеется разъём J12 и резистор R147 (470Ω). Это цепь питания подсветки логотипа Kicx на корпусе, которой в усилителях Gryphon нет.
Цепи контроля температуры.
В усилителе Gryphon Lite 1.1500 имеется два температурных датчика. Их роль выполняют NTC-терморезисторы в стеклянных корпусах DO-35. Предположительно MF58.
Первый установлен рядом с одним из трансформаторов в блоке инвертора.
На печатной плате шелкографией указан номинал терморезистора, – 100 kΩ.
Второй смонтирован рядом с дросселем выходного НЧ-фильтра усилителя мощности класса D.
Оба терморезистора подключены к компаратору на микросхеме LM339 в блоке инвертора и связаны с цепями обнаружения ошибок микросхемы ШИ-контроллера TL494C. В случае нештатной ситуации микросхема TL494C блокирует работу преобразователя, а на передней панели усилителя засвечивается индикатор «PROTECT» (защита).
Часть №2. Предварительный усилитель и кроссовер.
Главная → Мастерская → Текущая страница
Также Вам будет интересно узнать: