kitafonchik

Усилитель для сабвуфера 250вт.

11 сообщений в этой теме

kitafonchik    239

Автоусилитель 300Вт для сабвуфера.

Создаю тему для новичков, которые после TDA-шек захотят построить что-то более мощное, простое и лёгкое в повторении, постараюсь объединить накопленный материал в одно целое. Выложу свой вариант печатной платы, с помощью форумчан в дальнейшем плата может быть усовершенствована и дополнена. Вся информация будет в полном доступе.

  Предисловие.
Лет 5 назад, когда я был совсем чайником, и кроме TDAшек ничего не пробовал, захотел собрать усилитель для автомобильного сабвуфера. Были прогуглены тонна схем и информации с различных форумов, найдено множество решений, но все это лежало в разных местах, ведь недостаточно собрать плату усилителя, чтобы он заработал нужно двухполярное питание и как минимум фильтр-предусилитель. А где взять в автомобиле напряжерие 2*50вольт? Нужно собирать преобразователь напряжения, это меня сильно пугало, так как с импульсной техникой я ранее не связывался. В данном разделе форума я хочу подробнее рассказать о сборке с нуля автомобильного усилителя, способного отдать до 250вт на 4-х омную нагрузку, и до 350вт 2 ома( при желании можно и больше, все зависит от деталей и прямых рук). Но хочу напомнить, более 500 ватт для малого объёма автомобиля это уже перебор, и не ведитесь на киловаттные надписи на сабвуферных динамиках.  Все они в основном 300-500 ватт RMS. Когда то я тоже хотел собрать "киловатт", но поверьте личному опыту, 500 ватт с хорошим чувствительным сабвуфером уже начинает бить по перепонкам, что опасно для слуха! SPL направление не в счёт, это совсем другое, для повседнева 300вт - оптимум для большинства автосабвуферов. 

Содержание:
1. Концепция построения и идея.
2. Усилитель D-класса.
3. Преобразователь напряжения.
4. Проектирование и сборка фильтра.
5. Системы защит.
6. Печатная плата 4 в 1. 
7. Первое включение 
8. Сборка корпуса усилителя.
9. Необходимые программы и работа с ними.
10. Рекомендации по установке усилителя в авто.
11. Заключение.


1. Концепция построения и идея.
Целью было построить усилитель-моноблок для сабвуфера с минимальными затратами из легкодоступных деталей и более подробно рассказать о процессе сборки, особо уделяя внимание намотке трансформатора и дросселя. 

2. Усилитель D-класса. 

1.png
За основу я взял схему усилителя Алексея Королькова со странным названием "Палник". Схема довольно простая, не имеет дефицитных деталей, надёжна и не нуждается в настройке. Особое внимание здесь стоит уделить номиналам компонентов и правильно рассчитать выходной дроссель.
Применение D-класса позволяет добиться высокого КПД, ключи управляются с помощью ШИМ ir2184 и повторяют входной сигнал не линейно( как в усилителях AB класса), а пачками импульсов разной ширины, которые потом сглаживаются дросселем, и на выходе мы получаем тот же самый синус. Есть огромная ветка по данному усилителю, а также обязательно нужно прочитать статью " ПалНик - рекомендации по сборке", и посетить саму тему форума про палник

Дроссель. 
Выполнен на Ш-образных сердечниках 42*23*15. В программе Старичка Drossel рассчитываем необходимое количество витков и величину зазора.3Дроссель усилителя 2 ома..jpg

Обматываем сердечники обычным малярным скотчем или лейколастырем. Без катушки сложно намотать дроссель на сердечник, но можно сделать заготовку из дерева.3п.JPG

Необходимо выстрогать ножиком деревянную прямоугольную форму с такими же размерами, как центральная часть сердечника, затем располовинить её и подложить прокладки толщиной 0.5-1мм. Далее плотно  наматываем 24 витка сразу двумя жилами, после вытаскиваем прокладки, готовая катушка с каркаса легко снимается.

4.JPG

Останется лишь надеть катушку и склеить сердечники, подложив линолеум для зазора.

5.JPG

Проверяем дроссель замерив  индуктивность с помощью программы Multimeter индуктивность нужна порядка 100мкГн. И читаем тему про дроссели для усилителей D-класса


3. Преобразователь напряжения. 
За основу взята простейшая схема на основе генаратора SG3525. 

Схема преобразователя SG3525.GIF


Частота задается номиналами конденсатора С4 и резистора R2.  Не стоит гнаться за большими частотами преобразования, оптимум 40-50кГц, чем больше частота, тем тоньше нужно брать провод для обмоток трансформатора, так как на высоких частотах сильно начинает действовать скин-эффект. 
Силовые элементы расположены снизу платы, ножки максимально укорочены. 

Импульсный трансформатор. 
Это наверное самый сложный элемент усилителя, и новичкам сложно его изготовить, но если следовать дальнейшим правилам и вникать, то получится с первого раза.

Расчёт трансформатора.

Либо в программе ExelentIT

 2Расчет трансформатора.jpg

Либо на листочке вручную, единственное количество витков первички все-таки нужно узнать в программе.

Провод эмалированный, диаметр по лаку 1.03мм, по меди 0.95мм. Площадь поперечного сечения будет 0.95²*3.14/4=0.708мм²
Плотность тока для импульсных трансорматоров 5А/мм2, но у нас нагрузка не постоянная и сигнал музыкальный, примем чуть большее значение — 8А/мм²… через одну жилу 0.95мм можно пропустить ток 0.708*8=5.66А. Мощность 600 ватт, ток с аккумулятора 600/12=50А, первички две, ток будет разделен поровну. Для 25А нужно 25/5.66=4.41шт… берем 5 жил.
Вторичка мощность 600 ватт на 2 ома, ток будет
√(600/2)=17.32А, вторичка будет состоять из 4 обмоток, ток распределится поровну 17.32/4=4.33А … одна жила 0.95мм легко выдержит этот ток.
Очень простой расчет количества витков трансформатора. Единственное в программе нужно узнать минимальное число витков первички и мощность кольца, далее все просто.
Для кольца 36*23*15 PC40 на 42кГц получаем 4+4 витка первички по 5 жил провода 0.95мм.
Определяем количество вольт/виток при 14.4В питании: 14.4/4= 3.6.
Конденсаторы во вторичке на 63 вольта, определяем количество витков вторички: 63/3.6=17.5шт, округляет в меньшую сторону до 17 витков.
При питании 14.4В получим напряжение 3.6*17=61.2 В в каждом плече.
При питании 12В получим 12/4*17=51В в каждом плече.
Мотаем вторичку 17+17+17+17 витков 1 жилой провода 0.95мм.
Также мотаем 5+5 витков тонким проводом для питания фильтра.
Я замерял микрометром диаметр жилы без лака.

Намотка трансформатора. 
Первым делом обматываем кольцо термостойкой изоляцией: бумажным малярным скотчем или лейкопластырем. Тонким проводом мотаем 4 витка для замера длины, по этой заготовке нарезаем 10 одинаковых жил, с одной стороны зачищаем их ножиком и припаиваем по 5 жил в пучке. Далее фиксируем нитками запаянный конец пучка и мотаем вплотную каждую жилу по очереди  по все длине кольца. За раз толстый пучек намотать не получится!!!  Затем зачищаем оставшиеся концы жил, запаиваем их, и крепим нитками. Аналогично наматывается вторая первичная обмотка. После намотки первичные обмотки лучше изолировать слоем скотча или лейкопластыря. Поверх мотаем вторичные обмотки. Берём 2 жилы отмеренного провода и равномерно распределяем по кольцу 17 витков. Аналогично мотаем второй пучек. Самое сложное - правильно их сфазировать. Намотку и фазировку проверяем с помощью программы Multimeter, замеряя индуктивность. Если фазировка правильная, то 2 последовательно соединённые обмотки (соединённые не встречно) дают большой прирост в индуктивности, по сравнению с одной обмоткой. При ошибке намотки индуктивность будет ничтожно мала, такое же произойдёт при коротком замыкании обмоток, и индуктивность всех обмоток будет стремиться к нулю. Для питания фильтра мотаем поверх ещё 2 отдельные обмотки по 5 витков любым тонким проводом, фазировка тут не важна. 
В качестве выпрямителя я выбрал не обычный диодный мост, а однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой. Это вдвое увеличивает количество вторичных обмоток, но и вдвое уменьшает падение напряжения на диодах и позволяет обойтись всего лишь двумя диодами Шоттки с общим катодом.
Силовые дроссели в питании 12 вольт я мотал толстым проводом на отрезке ферритового стержня от антенны радиоприёмника, особых рекомендаций по этим дросселям здесь нет, и без него преобразовательь будет работать, но есть риск ВЧ выбросов в сеть, что может ухудшить работу радио и другого оборудования. А вот дросселя в выпрямителе играют важную роль, значение необходимой индуктивности будет зависеть от пульсаций тока и частоты. При расчёте трансформатора программа также даёт значение индуктивности фильтрующих дросселей. Я мотал 10 витков на кольце двумя жилами того же провода, что и трансформатор. Индуктивность также проверяем программой. 

3.jpg

4. Проектирование и сборка фильтра.
Для питания фильтра мы уже намотали 2 независимые обмотки по 5 витков. Напряжение на конденсаторах после выпрямителя будет 14/4*5=17.5 вольт, далее стабилизируется с помощью L7812 до 12 вольт. Затем напряжения объединяются в одной точке и мы получаем двухполярные стабилизированные 12+12 В. Это позволяет сэкономить на двух диодах и избежать применения редкой L7912 для отрицательного плеча питания( в Китае они стоят в 2 раза дороже чем L7812). После стабилизаторов стоят керамические конденсаторы в начале и конце линии. 

Мой вариант фильтра имеет фиксированной сабсоник, отрезающий инфранизкие частоты и не позволяет динамику превысить максимальный ход диффузора. Также есть регулируемый фильтр низких частот(LPF) и регулятор чувствительности(Gain)

Схема фильтра.jpg

В качестве операционных усилителей я применил NE5532,  можно использовать другие, подходящие по цоколевке. Замечу, что фильтр я рассчитывал в Microcap, у него есть недостаток: при выкручивании ручки LPF порядок фильтра меняется от 4-го до 3-го, для полноценного фильтра 4 порядка нужен счетверенный резистор. В дальнейшем можно развести плату под такой фильтр: также можно внедрить регулируемый сабсоник, если влезет. 

Реальная АЧХ фильтров собранного усилителя:

Фильтра.jpg

5. Системы защит состоит из трёх блоков:
- защита сабвуфера от постоянного напряжения на выходе;
- защита усилителей от короткого замыкания выхода;
- защита от клиппа. 

Схема защиты от клиппа.GIF

При включении питания усилитель начинает генерировать ВЧ импульсы малой ширины частотой более 100кГц, через конденсатор С1 импульсы поступают на диодный мост и выпрямляются. На катушках реле появляется постоянное напряжение включая их. Соответственно при срыве генерации, в том числе при пробое ключа и появлении постоянки на выходе реле отключает динамик, тем самым защитив его.
При коротком замыкании на токовых резисторах 0,1ом появляется напряжение, которое открывает один из транзисторовVT2-VT3 ( у меня открываются при напряжении 160мв), тем самым подавая напряжение на таймер. Ток срабатывания защиты можно точно отрегулировать переменным резистором в зависимости от сопротивления катушки динамика.
Таймер собран на простейшей NE555, при появлении сигнала на его ноге таймер срабатывает на определённое время, приглашая модуляцию IR2184. Спустя несколько секунд таймер отключается, и если выходной ток стал меньше, то усилитель продолжает работать в обычном режиме. Если же кз осталось, цикл будет повторяться и усилитель продолжит молчать до тех пор пока неисправность не будет устранена.
Другая ситуация, когда усилитель работает на максимальной мощности и не может отдать в нагрузку больше чем это позволяет напряжение питания. В обычных усилителях это проявляется в виде ограничения сигнала т.е. появление клиппа, что опасно для катушки. Сигнал становится похож не на синусоиду, а больше на прямоугольник, появляется продолжительная  постоянная составляющая величиной с напряжение питания, которая сильно нагревает катушку бедного динамика. 
Это больше типично для усилителей АB класса. Давайте посмотрим на наш усилитель, при максимальной мощности частота самоосцилляции  падает примерно в 2 раза, на нагрузке вместо ровного ограничения(клиппа) появляются иголки (высокочастотные выбросы) частотой в несколько килогерц. На постояной нагрузке (резисторе) их плохо видно, а вот стоит последовательно с резистором подключить индуктивность порядка 1мГн, что будет больше похоже на реальную нагрузку (динамик), то эти ВЧ выбросы увеличиваются в амплитуде.
Именно это свойство палника я применил для защиты от искаженного сигнала на выходе. При появлении иголок, сигнал проходит через фильтр высоких частот(чтобы не было ложных срабатываний на частотах 20-150Гц), выпрямляется диодом, открывая транзистор и включая таймер, который снова глушит усилитель. Когда усилитель замолчит, нужно немного  убавить громкость и через 5 секунд салон снова наполнится низкими частотами. Тем самым легко определить возможности усилителя, спалить динамик будет очень сложно. 
При любой аварийной ситуации светодиод  загорается красным светом, сигнализируя о срабатывании защиты. 

6. Печатная плата 4 в 1.

Рисунок платы.GIF
Для тех кто хочет просто скопировать печатку, не советую этого делать. Прежде чем печатать, необходимо скорректировать отверстия под свой трансформатор и остальные детали, потому что они будут отличаться.  Плату изготавливаем с помощью ЛУТ, сначала монтируются мелкие детали, резисторы, диоды, керамические конденсаторы, затем трансформатор, дроссель и электролиты. Чтоб припаять трансформатор и толстые провода нужен паяльник с мощностью не менее 40Вт. Рекомендуется усилить медным проводом дорожки питания 12В к ключам и трансформатору. В отверстиях крепления болтов следует снять фаску со стороны медного слоя с помощью сверла или ножа, для избежания замыкания платы на болты.

6.JPG

10.JPG
Нижние силовые перемычки пока не припаиваем, это важно!!!

7. Первое включение.
Когда мы собрали плату, проверяем несколько раз правильность монтажа, смотрим на просвет состояние дорожек. Подаем питание 12 вольт на плату через токограничивающий резистор 2 ома, либо лампочку. REM замыкаем с плюсом, преобразователь должен запуститься. Замеряем напряжение на выходе. Если все хорошо, вместо силовых перемычек в питании -+55в ставим резисторы по 100ом. Подключаем динамик, подаем сигнал на вход, громкость убавляем до минимума. Запускаем преобразователь, должны сработать реле, и загореться зелёный светодиод. Если нет ошибок в монтаже, усилитель должен заработать сразу. Напряжение на реле регулируется подбором конденсатора С1. 

8. Сборка корпуса усилителя.
После проверки и настройки платы можно собирать корпус. Мой вариант выполнен из двух профилей и листов алюминия толщиной 2мм.

IMG_4871.JPG

В качестве клемм питания использовал вот такие клеммники большого размера. Два  предохранителя по 20А запараллелил и припаял в разрыв питающего провода +12В.

 

В основании просверлил отверстия для крепления платы и прижимает транзисторов, для изоляции использовал прокладки

IMG_4889.JPG

IMG_4904.JPG

IMG_4912.JPG

IMG_4914.JPG

IMG_4924.JPG

9. Необходимые программы и работа с ними. 
Если вы читаете строки, значит у вас наверняка есть компьютер. 
- Нам нужно научиться измерять индуктивность, для этого внимательно читаем статью, паяем простейший шнурок для звуковой карты и устанавливаем программу Multimeter. С помощью программы можно измерять сопротивление, индуктивность и ёмкость в широких пределах;
- нужна 6 я версия Sprint Layot для редактирования печатных плат. Лазерный принтер и утюг наверное есть у каждого. 
- замечательные программы Старичка:
Exelent IT - для расчёта импульсных трансформаторов;
Drossel - для расчёта выходных дросселей;
SG3525 - расчёт частоты генератора микросхемы, все необходимые программы можно найти в архиве.

10. Рекомендации по установке усилителя в авто.
Для подключения усилителя крайне не рекомендую использовать дешёвые готовые комплекты проводов, так как сейчас провода делают в основном из алюминия с тонким напылением меди. Они часто ломаются, быстро окисляются и имеют сопротивление больше у медного кабеля. Лучше зайти в магазин электрики и взять кабель марки ПВ-3, либо КГ. Для нашего усилителя сечения 16мм² будет с головой. Обязательно возле аккумулятора устанавливаем защитный предохранитель, для 16мм² берём не более 80А. Для экономии провода массу для усилителя можно взять с кузова. В качестве сигнального кабеля пойдёт любой экранированный провод, отмеряем нужную длину и припаиваем с двух концов RCA разъёмы. Усилитель малогабаритный, и его можно разместить по сиденьем, но ни в коем случае не прикручивайте усилитель к коробу сабвуфера!!! От вибраций отваливаются детали, встречал даже перетертые провода трансформатора, что привело к межвитковому замыканию. Настройка сводится лишь к согласованию сабвуфера по уровню, частоте и фазе с мидбасовыми динамиками. Для поворота фазы на 180° достаточно поменять клеммы на сабвуфере. 

 

Данный усилитель можно умощнить, поставив в питании 100 вольтовые конденсаторы, усилить дорожки и поднять напряжение перемотав трансформатор. Преобразователь 500ватт должен отдать без проблем.

7.JPG

Усил на саб DarkAmp D250.zip

  • Лайк 2
  • Одобряю 10

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Быстрый заказ печатных плат

Полный цикл производства PCB по низким ценам!

  • x
    мм
Заказать Получить купон на $5.00
22580    39

Мне кажется от SG3525 до затворов слишком длинные проводники. а так все круто!

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
ivachka    0

Отличная работа, а можете подсказать простейшую защиту от переполюсовки питания для вашего усилителя? 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
kitafonchik    239

Простейшая защита - диод после предохранителя. Номиналы конечно будут другими, диод должен быть достаточно мощным, чтобы сжечь предохранитель.4989bbd7f09f86bfdc7e69478328107b.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
ivachka    0

так у вас же в схеме есть предохранитель на 40а, а вот какой диод применить в таком случае...?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
kitafonchik    239

В импульсном режиме диод конечно может выдержать десятки ампер. Но чтобы повысить надежность, можно взять из компового блока питания диод Шоттки ( как транзистор зачастую выглядит), например MBR4045. Только крайние ножки надо запараллелить. Буквы могут быть разными, но mbr4045 - это диод 40А 45В.


Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
vas320    486

@kitafonchik Там на схеме защиты резистор R19 подсоединён на базу VT1

Я так понял что это ошибка и нужно подсоединить его на вывод 2 микросхемы 555 , так ка она запускается при замыкании вывода 2 на минус

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
kitafonchik    239

Нет, вроде верно все нарисовал. Через R19 поступает плюсовой потенциал относительно минуса таймера, поэтому заведен на базу транзистора VT1.


Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
kitafonchik    239

Усилитель исправно работает в машине уже третий месяц с 4-х омным сабвуфером, зимой так совсем не греется, мощности для небольшого салона автомобиля за глаза. 

Предлагаю посмотреть короткое видео первого теста усилителя видео теста

А также небольшое полезное видео по настройке активных фильтров усилителей Точная настройка фильтров

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
deminc    0

"Силовые дроссели в питании 12 вольт я мотал толстым проводом на отрезке ферритового стержня от антенны радиоприёмника, особых рекомендаций по этим дросселям здесь нет, и без него преобразователь будет работать, но есть риск ВЧ выбросов в сеть, что может ухудшить работу радио и другого оборудования."

 

Пытаюсь воссоздать данный усилитель, но все же хотелось бы по подробнее про эти дроссели (какой толщены провод, габариты сердечника, сколько витков, какова их индуктивность).

 

И еще вопрос, каким элементом можно корректировать сабсоник?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
kitafonchik    239

 

 

 

 

.....хотелось бы по подробнее про эти дроссели

 

....каким элементом можно корректировать сабсоник?

Я и сам не знаю какие параметры дросселя нужны, но обычно на заводах мотают на не замкнутом феррите, проводом, чтобы держал ток и не особо грелся.

Частоту можно корректировать номиналами резисторов в обвязке канала сабсоника.

 

 

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас