UMZCH automobilistico con alimentatore. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Amplificatori di potenza per automobili

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La tensione della rete di bordo limita la potenza dell'UMZCH automobilistico e questa circostanza può essere superata utilizzando un convertitore di tensione di alimentazione a commutazione. L'articolo descrive il design di un potente UMZCH a due canali con un potente convertitore integrato basato sul chip KR1114EU4.

Attualmente, ci sono molti diversi modelli di autoradio sul mercato per le apparecchiature audio per auto. I moderni registratori radiofonici di solito hanno un amplificatore a quattro canali e la potenza di uscita dichiarata dai produttori è di decine di watt. Ma le iscrizioni sul pannello frontale, che indicano la potenza di uscita, ad esempio 4x40, 4x50 W, corrispondono al parametro generalmente accettato? Più spesso viene indicata la sua potenza di uscita di picco (di norma, con una tensione di alimentazione di 14,4 V con un carico di 4 ohm).

In pratica, la potenza di uscita nominale dell'autoradio non è solitamente superiore a 10 ... 12 W per canale [1].

Per un reale aumento di potenza, UMZCH viene utilizzato in una connessione a ponte. Per un carico più potente, l'autoradio è integrata con un amplificatore di potenza. In base al fatto che quasi tutti i sistemi di altoparlanti per auto e la maggior parte degli altoparlanti di largo utilizzo hanno una resistenza elettrica di 4 ohm, la tensione della rete di bordo del veicolo è insufficiente, quindi è necessario utilizzare alimentatori secondari per UMZCH.

L'amplificatore di potenza a due canali per automobili qui descritto è combinato con un alimentatore a commutazione.L'apparecchiatura si distingue per un semplice design del circuito e la disponibilità di produzione da parte di radioamatori. La potenza di uscita nominale dell'UMZCH con un fattore di distorsione non lineare dello 0,5% nella modalità "Stereo" è di circa 2x70 W (2x4 Ohm), nella modalità "Mono" - circa 150 W (8 Ohm). Non richiede quasi nessuna messa a punto.

Amplificatore. L'amplificatore è realizzato su due chip DA1, DA2. Il circuito integrato TDA7294 è un amplificatore di potenza ad alte prestazioni ed è relativamente economico. Gli stadi finale e pre-terminale del TDA7294 sono costruiti su transistor ad effetto di campo, hanno protezione contro il surriscaldamento e il cortocircuito in uscita. Quando la temperatura del cristallo raggiunge i 145°C, l'unità di protezione commuta il microcircuito in modalità "MUTE" e quando raggiunge i 150°C - in modalità "STAND-BY".

A causa dell'ampia gamma di tensioni di alimentazione, il chip TDA7294 può essere utilizzato insieme a un carico con una resistenza superiore a 8 ohm senza una significativa perdita di potenza di uscita. Quando si utilizzano due microcircuiti collegati in un circuito a ponte, il limite superiore della resistenza sale a 16 ohm. Con la scelta ottimale della tensione di alimentazione, la sua massima potenza di uscita a un carico a bassa resistenza (4 ohm e inferiore) è limitata solo dalla corrente massima consentita dello stadio finale, pari a 10 A, e raggiunge i 100 W. Con un fattore di distorsione armonica dello 0,5%, il microcircuito fornisce potenza fino a 70 watt al carico. Informazioni più dettagliate sul microcircuito possono essere ottenute da [2] o sul sito web di ST Microelectronics.

Un diagramma schematico dell'UMZCH senza alimentatore è mostrato in fig. uno.

Nello schema proposto, le funzioni "STAND-BY" e "MUTE" non vengono utilizzate, poiché l'amplificatore è acceso nell'alimentatore. I resistori R1, R4 impostano l'impedenza di ingresso dell'UMZCH. Le coppie di elementi R1, C1 e R4, C4 formano un filtro passa-alto agli ingressi di entrambi i canali, limitando la larghezza di banda dell'amplificatore dal basso. Analogamente, gli elementi R2, C2 e R5, C5 nella catena OOS definiscono il limite inferiore della larghezza di banda. I rapporti di resistenza R3/R2, R6/R5 impostano il guadagno UMZCH. Con i valori nominali specificati degli elementi R2, R3, R5, R6, il guadagno di tensione è di 30 dB.

L'interruttore SA1 seleziona la modalità operativa UMZCH "Stereo / Mono". Nella modalità "Stereo", i microcircuiti DA1 e DA2 funzionano come due amplificatori non invertenti indipendenti; nella modalità "Mono", l'amplificatore DA2 si trasforma da amplificatore non invertente con un guadagno di Kj = R6 / R5 + 1 in un amplificatore invertente con guadagno unitario. La posizione SA1 sul diagramma corrisponde alla modalità "Stereo". Quando si utilizza UMZCH in modalità bridge, l'uscita "+" AC è collegata all'uscita DA1 e l'uscita "-" all'uscita DA2.

Convertitore di alimentazione dell'amplificatore (Fig. 2) è costruito principalmente sul chip KR1114EU4, un analogo importato del TL494CN da Texas Instruments.

Una descrizione dettagliata del microcircuito può essere trovata in [3], il suo schema a blocchi è mostrato in Fig. 3. Include un modulatore di larghezza di impulso (PWM) e il suo circuito di controllo. Il microcircuito offre ampie opportunità per controllare la durata degli impulsi di uscita. Poiché i microcircuiti TDA7294 hanno i propri nodi di protezione, non è necessario utilizzarli nell'alimentatore stesso.

Il microcircuito KR1114EU4 può funzionare sia in convertitori push-pull che a ciclo singolo; la modalità di funzionamento è impostata dall'ingresso OTS (pin 13). In questo alimentatore, il pin 13 è collegato a una sorgente di tensione di riferimento di +5 V e il convertitore funziona in modalità push-pull. Il ciclo di lavoro degli impulsi può variare in un ampio intervallo. Le uscite del microcircuito possono essere collegate direttamente tramite i resistori R16, R17 alle basi dei potenti transistor bipolari VT1 e VT2 del convertitore a causa dell'elevato valore limite della corrente di uscita (fino a 200 mA).

Poiché il chip del convertitore ha uscite di collettore ed emettitore per transistor di uscita (pin 8-11), è possibile attivarle secondo un circuito comune di emettitore o collettore comune, a seconda della struttura dei transistor VT1 e VT2. Nel blocco descritto con transistor della struttura npn, viene utilizzata la seconda opzione. Quando si utilizzano transistor ad effetto di campo (FET a canale n) come chiavi, rimuovere i resistori R18 e R19.

Il chip KR1114EU4 ha il proprio generatore di impulsi a dente di sega. Gli elementi R8, C8 sono tempi e la frequenza di generazione può essere determinata dalla formula f = 1/(R8C8). Quando si opera in modalità push-pull, la frequenza dell'oscillatore del microcircuito deve essere il doppio della frequenza all'uscita del convertitore. Per i valori del circuito di temporizzazione indicati nel diagramma, la frequenza del generatore è di circa 160 kHz e la frequenza degli impulsi di uscita è di circa 80 kHz.

La stabilità del convertitore in un'ampia gamma di tensioni di alimentazione è fornita dalla sorgente di tensione di riferimento integrata (pin 14) +5 V. Il circuito R9C7 fornisce un aumento regolare dell'ampiezza dell'impulso di uscita dell'unità e della potenza nel carico dopo l'accensione. Il diodo VD1 impedisce il guasto dell'unità quando la polarità della tensione di alimentazione è invertita; in questo caso salterà solo il fusibile FU1.

L'alimentatore ha una stabilizzazione della tensione sul carico a causa del feedback. Viene eseguito tramite resistori R10 - R15 da ciascun braccio del raddrizzatore. Questi resistori formano due divisori di tensione, attraverso i quali parte della tensione dall'uscita dell'alimentatore va agli amplificatori di errore (pin 1, 15). Come standard di tensione, con il quale vengono confrontate le tensioni di uscita dell'alimentatore, viene utilizzata una sorgente di tensione di riferimento (ION). Le uscite degli amplificatori di errore all'interno di DA1 sono collegate tra loro tramite diodi. Il pin 3 è per il feedback locale che limita il guadagno degli amplificatori. In questo blocco, il pin 3 viene utilizzato per pilotare il convertitore e gli amplificatori fungono da comparatori. Dal trasformatore di impulsi T1, la tensione viene rettificata dai diodi VD2-VD5 e livellata dai condensatori C11-C14.

Per ridurre la dissipazione di potenza sui microcircuiti UMZCH DA1 e DA2 e aumentare la massima potenza di uscita dell'amplificatore, è necessario selezionare correttamente la tensione di uscita del convertitore, in base alla resistenza di carico. Questo UMZCH è progettato per funzionare in combinazione con un carico di 4 ohm in modalità "Stereo" e con un carico di 8 ohm in modalità bridge. Il valore della tensione di alimentazione DA1, DA2 consigliato dal produttore per una data resistenza di carico è ±25. ..27 V, il convertitore di impulsi è progettato per questa tensione.

In quello mostrato in Fig. Il circuito di alimentazione 2 richiede un interruttore sufficientemente potente per accenderlo. Spesso questo metodo di inclusione è scomodo o inaccettabile.

Sulla fig. 4 mostra uno schema del dispositivo per il controllo automatico dell'avviamento del convertitore. Assicura che l'UMZCH sia acceso quando viene applicata una tensione costante superiore a 20 V al resistore R1 o quando viene applicato un segnale audio al condensatore C15 con un valore di tensione efficace di almeno 0,6 V.

La prima opzione può essere utilizzata se l'autoradio dispone di un'uscita per il controllo di dispositivi esterni, ad esempio un'antenna elettrica retrattile. Un'altra opzione è adatta anche se nell'auto è installato un subwoofer. Quindi il condensatore C15 è collegato a una delle uscite dell'autoradio UMZCH, e ora l'amplificatore si accenderà automaticamente quando la potenza di uscita dell'autoradio è superiore a 0,15 ... 0,2 W e si spegnerà a meno. È inaccettabile collegare due ingressi alla radio contemporaneamente, in quanto ciò potrebbe disabilitarla. Il condensatore C16 attenua contemporaneamente le increspature della tensione CA e ritarda lo spegnimento dell'amplificatore dopo la scomparsa del segnale di ingresso (con un ritardo di circa 30 s). I diodi VD7, VD8 impediscono l'influenza del circuito di commutazione sul funzionamento del modulatore SHI. Inoltre impostano la soglia di tensione sul collettore VT3, al di sopra della quale la durata degli impulsi all'uscita DA3 inizierà a diminuire gradualmente e, quando raggiunge 4 ... 4,5 V, l'alimentazione si spegnerà.

Se questo amplificatore viene utilizzato solo per un subwoofer, avrai bisogno di un nodo, il cui schema è mostrato in fig. 5. Questo è un filtro passa-basso di secondo ordine con una frequenza di taglio di 80 Hz; è acceso prima di entrare nell'UMZCH. Nel diagramma, tra parentesi, sono indicate le conclusioni dell'amplificatore operazionale del secondo canale. I regolatori di tensione integrati DA2, DA3 sono installati nel circuito di alimentazione. Se l'amplificatore è progettato per essere utilizzato solo in modalità a ponte, è possibile utilizzare un singolo amplificatore operazionale anziché due amplificatori operazionali.

Dettagli e design. Tutte le parti dell'amplificatore e dell'alimentatore, ad eccezione dell'interruttore dell'amplificatore SA1, del fusibile FU1 e dei connettori di ingresso e uscita (non mostrati nello schema), sono montate su un circuito stampato in fibra di vetro spessa 2 mm sventato su un lato. Il disegno del tabellone e la posizione degli elementi su di esso sono mostrati in fig. 6.

Come VD1, puoi utilizzare diodi della serie KD2997, KD2999 con qualsiasi indice di lettere. I diodi KD2997B (VD2 - VD5) possono essere sostituiti con KD2997A, KD2999A, KD2999B. Invece dei transistor KT898A (VT1, VT2), è consentito utilizzarne altri: KT890 con qualsiasi indice di lettere, KT896A, KT896B, KT898B, KP958A - KP958V, KP954A - KP954V. È possibile utilizzare transistor ad effetto di campo importati IRFZ48, IRFZ44, IRF540, IRF640, IRF530, BUZ11 A, BUZ22 o loro analoghi rimuovendo i resistori R18, R19.

I potenti transistor PSU VT1, VT2 e i microcircuiti dell'amplificatore DA1, DA2 sono installati su dissipatori di calore separati. È consentito installare microcircuiti su un dissipatore di calore senza isolamento, ma allo stesso tempo isolarlo dalla custodia dell'amplificatore, poiché il substrato metallico dei microcircuiti ha una tensione di -Upit rispetto al filo comune. È inaccettabile installare transistor su un dissipatore di calore senza isolamento. La mica può essere utilizzata come materiale isolante. Quando si montano elementi di potenza su dissipatori di calore, è preferibile utilizzare la pasta termoconduttrice KPT-8, che faciliterà notevolmente il funzionamento termico di questi elementi. I diodi VD1 - VD5 sono installati perpendicolarmente alla scheda.

Il circuito magnetico del trasformatore di impulsi T1 è costituito da tre anelli di dimensioni K40x25x11 incollati tra loro da ferrite M2000NM1. Gli avvolgimenti I, II sono avvolti in 4 giri con un fascio di cinque fili PEV-2 1,2 mm. Gli avvolgimenti III, IV sono avvolti in 10 giri con un fascio di quattro fili PEV-2 0,8 mm. Gli avvolgimenti I, II e III, IV devono essere simmetrici. Prima dell'avvolgimento, i bordi taglienti dell'anello incollato devono essere arrotondati con una lima ad ago. Tra gli avvolgimenti vengono posati tre o quattro strati di nastro isolante in fluoroplastica. Il trasformatore viene installato al centro del circuito stampato utilizzando una piastra rettangolare o rotonda che preme sopra con un foro al centro e una vite M5 o Mb con un dado.

Nel circuito di controllo dell'avvio del convertitore, qualsiasi diodo al silicio a bassa potenza è adatto come VD1 - VD3, KT3102A (VT1) è sostituito da un transistor con qualsiasi indice di lettere di questa serie o KT315. Nel filtro passa-basso (vedi Fig. 5), è consentito installare OU KR574UD2, KR140UD20, KR544UD4. Invece degli stabilizzatori DA2, DA3, è possibile utilizzare qualsiasi stabilizzatore di tensione positivo e negativo integrato da 15 V.

Dobbiamo cercare di collegare i cavi di alimentazione dell'amplificatore il più vicino possibile alla batteria dell'auto (sulla scatola dei fusibili) per escludere l'influenza di altri consumatori di corrente. Poiché la corrente di picco assorbita dall'amplificatore può arrivare fino a 15 A, è necessario utilizzare cavi di grosso calibro (3...5 mm2) nel circuito di alimentazione. Se è presente un dispositivo critico per le ondulazioni di tensione ad alta frequenza nella rete di bordo, è necessario aumentare la capacità C9 e, se ciò non porta l'effetto desiderato, attivare un filtro ad alta frequenza nella circuito di alimentazione del convertitore.

Istituzione. Con elementi riparabili, l'amplificatore inizia a funzionare immediatamente. Solo l'alimentatore deve essere configurato. Pertanto, si consiglia di eseguire l'installazione e la configurazione in due fasi come segue.

Sul circuito stampato sono installati solo elementi di alimentazione (le parti dell'amplificatore non sono saldate). Successivamente, il resistore R14 viene saldato e un carico equivalente è collegato tra il filo comune e l'uscita positiva dell'alimentatore: un resistore a filo con una resistenza di 6 ... 7 Ohm con una potenza di almeno 100 watt. Dopo aver acceso l'alimentazione, misurare la tensione attraverso questo resistore, dovrebbe essere nell'intervallo 26 ... 28 V.

Inoltre, la resistenza di carico viene aumentata a 50 ohm. Ruotando il motore del resistore sintonizzato R13, si ottiene la stessa tensione di uscita dell'alimentatore come con un carico di 100 watt. Quindi R14 viene saldato e R12 viene saldato. L'impostazione del secondo circuito di stabilizzazione è simile. Al termine della regolazione saldare la resistenza R12.

Quindi, le parti UM34 vengono montate e l'operabilità del dispositivo assemblato viene controllata per gli equivalenti di carico dal generatore di frequenze audio.

Non è necessario configurare il dispositivo per l'accensione automatica dell'amplificatore (vedi Fig. 4), ma se il convertitore si avvia anche in assenza di segnali di ingresso, la resistenza R21 viene ridotta a un valore al quale la tensione sul VT1 il collettore è compreso tra 6 e 6,5 V .

Autore: A.Kolganov, Kaluga

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