Стабилизированный блок питания для УМЗЧ

Стабилизированный двухполярный блок питания ±36 В для УМЗЧ класса AB.
Отчёт с опозданием 20 лет. Рассчитано на подготовленного читателя.

1. Исходная схема была опубликована в журнале “Радио” (1987, № 8, с. 31)
“Стабилизатор напряжения питания УМЗЧ”:


В 2000 году при сборке очередного усилителя эта схема была рекомендована мне сотрудником
со словами «должно работать». Бонусом мне были презентованы транзисторы КТ825 и КТ827 (по несколько штук тех и тех).

Изюминки схемы:
— мощные транзисторы «сидят» на радиаторах без изолирующих прокладок
— балластные резисторы R4 и R5 подключены перекрёстно к выходам стабилизаторов, т.о. получается бОлее высокий коэффициент стабилизации
— при включении стабилизатор «не подхватывает», если в каком-то плече есть к.з. или сопротивление нагрузки менее определённого значения

2. Известные реализации этой схемы.
Их немного (в интернете; реально конечно же больше).
Вот одна из них:

Со слов автора, схема «неустойчиво запускается при большом токе нагрузки, а ток при замыкании выхода не нормирован и зависит от коэффициентов передачи применённых транзисторов, что иногда приводит к их выходу из строя.
За прошедшее время появились новые электронные компоненты, стали доступны мощные полевые транзисторы, что и подвигло автора поэкспериментировать с компьютерной моделью предложенного В. Орешкиным устройства, которая была создана в симуляторе LTspice IV, и усовершенствовать его. Родившаяся в результате таких экспериментов схема блока питания изображена на рис. 2.» ©

Была ли эта схема проверена в живую или только в симуляторе — достоверно неизвестно.

3. ТЗ для БП.
Нагрузкой УМЗЧ тогда были доработанные S-90 (4 Ом).


Хотелось иметь 2*100Вт на 4 Ом по каждому каналу.
Напряжение на нагрузке (RMS) U = sqrt(100*4) = 20 (В)
Ток нагрузки (RMS) I = 20 /4 = 5 (А)
Ток нагрузки (пиковый) = 5*1,41 = 7,1 (А)

Поскольку упор был на мощность и надёжность, были задуманы следующие характеристики (ака ТЗ):
— напряжение питания ±36 В
— ток нагрузки 2,5А (долговременный по каждой полярности)
— ток нагрузки 25А (кратковременный по каждой полярности)

4. Блок питания собирался (или строился, фз как правильно сказать) из подручных материалов и б/у радиодеталей.
Трансформаторы — польские UNITRA B-4247-147-4



По отрывочным сведениям из интернета, мощность трансформатора 80Вт.
Основная вторичная обмотка — 2*17В с отводом от середины плюс пара дополнительных обмоток «на хвостах» по 1В.
Т.е. можно использовать или 2*17В 2,5А или 2*18В 2,5А.

Слаботочная вторичка не проверялась.

Диодные мосты — по четыре диода Д232 на радиаторах.

Конденсаторы: KEA -II 66000мкФ*63В после каждого моста (2*33000мкФ).

Оригинальная схема не захотела нормально запускаться на транзисторах КТ825-КТ827: при первом же включении пробивался КТ827 (который npn).
Из-за чего именно 827-й не суть важно, но запас дарёных КТ827 быстро иссяк, и на столе стояла нерабочая схема, с которой надо было что-то делать.

Выбор мощных транзисторов был скудный: 2N3055 в неограниченном количестве и КТ837В, которые применялись в выпускаемых приборах (на работе).
Пришлось отказаться от составных КТ825-827 и собрать схему «из того, что было» ©.

Чтобы обеспечить пиковый ток 30А, пришлось запараллелить транзисторы:
— 4*КТ837В (т.е. 4*7,5=30А)
— 3*2N3055 (т.е. 3*10=30А)
Естественно, с соответствующими эмиттерными резисторами.

Окончательная схема (симулятор использован только как рисовалка):

Кстати, в симуляторе схема НЕ работает. )))

Перечень элементов:
— трансформатор UNITRA B-4247-147-4 — 2 шт.
— диоды выпрямительные Д232 — 8 шт.
— конденсаторы KEA-II 33000 мкФ * 63В — 4 шт.
— конденсаторы C5, C6 — 2000 мкФ * 63В — 2 шт.
— стабилитроны
VD1, VD3 — Д815Г — 2 шт.
VD2, VD4 — Д816Б — 2 шт.
— транзисторы
VT1 — 3 шт. в параллель 2N3055 с эмиттерными резисторами 0,1 Ом (можно увеличить до 0,2 Ом)
VT2 — 4 шт в параллель КТ837В с эмиттерными резисторами 0,13 Ом (можно увеличить до 0,27 Ом)
VT3 — 2SA1837 (изначально был установлен КТ816; замена VT3, VT4 — в 2005 году, остальное — без изменений)
VT4 — 2SC4793 (изначально был установлен КТ817)
R1, R2 — ПЭВ-7,5 270 Ом — 2 шт.
R5, R6 — МЛТ-2 2,2 кОм — 2 шт.

Защита схемы (не показано на схеме):
— пара предохранителей по 5 А (по одному на каждую полярность)
— 3 А (перед первичной обмоткой)

БП в сборе:

Размеры: 440*362*80 мм.
Масса 8,5 кг.

Верхняя крышка удерживается на 18 винтиках М3.
Открутил, снял крышку. БП внутри:

Друг-электронщик, посмотрев на всё это, выдал: «Или трансформаторы маленькие, или конденсаторы большие.» ))

2N3055 на правом радиаторе:

КТ837В на левом радиаторе:


5. Замеры.
Работа на резистивную нагрузку 14 Ом (по 2,5А от каждой полярности) интереса не представляет: всё работает.
Меня интересовала реакция БП на значительное увеличение тока потребления.

Условия эксперимента:
— нагрузка БП — УМЗЧ 2*100Вт с подключенными резисторами 4 Ом к выходу каждого канала
— испытательный сигнал — тональная посылка 200 мс 40 Гц от программного генератора (SpectraLab) на вход каждого канала УМЗЧ

Осциллограмма по выходу одного из каналов (делитель 1:10 )

±24 В амплитудное, более накрутить не получилось, т.к. все движки микшера уже на максимуме.

Далее задействовал двухканальный режим замера.
«Закрытый» вход 2-го канала для линии питания +36 В (делитель 2-го канала 1:1 ):

«Закрытый» вход 2-го канала для линии питания минус 36 В (делитель 2-го канала 1:1 ):


Просадка по линиям питания около 0,5 В (помехи, которые наловил осциллограф не в счёт; есть у него такой недостаток).

Считаем: delta I = (24В/4Ом) * 2 = 12 (А)

Выходное сопротивление БП:
Rвых. = delta Uвых. / delta I = 0,5В / 12А = 0,042 (Ом)

Имхо, очень неплохо.

6. Выводы:
— ТЗ выполнено
— надёжность проверена временем (20 лет, полёт нормальный)
— затраты на сборку — только личное время и минимум деталей


Всем удачных запусков усилителей!

PS
Пожалуйста, не надо постить баян в виде картинки «Ничего не понял, но очень интересно».