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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA UMZCH automotivo com uma fonte de alimentação. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Amplificadores de potência automotivos A tensão da rede de bordo limita a potência do UMZCH automotivo, e essa circunstância pode ser superada usando um conversor de tensão de alimentação de comutação. O artigo descreve o design de um poderoso UMZCH de dois canais com um poderoso conversor integrado baseado no chip KR1114EU4. Atualmente, existem muitos modelos diferentes de auto-rádios no mercado para equipamentos de áudio automotivo. Os gravadores de rádio modernos geralmente têm um amplificador de quatro canais e a potência de saída declarada pelos fabricantes é de dezenas de watts. Mas as inscrições no painel frontal, indicando a potência de saída, por exemplo, 4x40, 4x50 W, correspondem ao parâmetro geralmente aceito? Mais frequentemente, sua potência de pico de saída é indicada (via de regra, com uma tensão de alimentação de 14,4 V a uma carga de 4 ohms). Na prática, a potência nominal de saída do rádio do carro geralmente não é superior a 10 ... 12 W por canal [1]. Para um aumento real de potência, o UMZCH é usado em uma conexão de ponte. Para uma carga mais potente, o auto-rádio é complementado com um amplificador de potência. Com base no fato de que quase todos os sistemas de alto-falantes automotivos e a maioria dos alto-falantes de uso amplo têm uma resistência elétrica de 4 ohms, a tensão da rede de bordo do veículo é insuficiente; portanto, fontes de alimentação secundárias devem ser usadas para UMZCH. O amplificador de potência automotivo de dois canais descrito aqui é combinado com uma fonte de alimentação chaveada... O equipamento se distingue por um design de circuito simples e pela disponibilidade de fabricação por rádios amadores. A potência de saída nominal do UMZCH com um fator de distorção não linear de 0,5% no modo "Estéreo" é de aproximadamente 2x70 W (2x4 Ohms), no modo "Mono" - cerca de 150 W (8 Ohms). Quase não requer afinação. Amplificador. O amplificador é feito em dois chips DA1, DA2. O circuito integrado TDA7294 é um amplificador de potência de alto desempenho e é relativamente barato. Os estágios final e pré-terminal do TDA7294 são construídos em transistores de efeito de campo, possuem proteção contra superaquecimento e curto-circuito na saída. Quando a temperatura do cristal atinge 145°C, a unidade de proteção muda o microcircuito para o modo "MUTE" e quando atinge 150°C - para o modo "STAND-BY". Devido à ampla gama de tensões de alimentação, o chip TDA7294 pode ser usado em conjunto com uma carga com resistência superior a 8 ohms sem perda significativa na potência de saída. Ao usar dois microcircuitos conectados em um circuito de ponte, o limite superior da resistência sobe para 16 ohms. Com a escolha ideal da tensão de alimentação, sua potência máxima de saída em uma carga de baixa resistência (4 ohms e abaixo) é limitada apenas pela corrente máxima permitida do estágio final, igual a 10 A, e atinge 100 W. Com um fator de distorção harmônica de 0,5%, o microcircuito fornece potência de até 70 watts para a carga. Informações mais detalhadas sobre o microcircuito podem ser obtidas em [2] ou no site da ST Microelectronics. Um diagrama esquemático do UMZCH sem fonte de alimentação é mostrado na fig. 1.
No esquema proposto, as funções "STAND-BY" e "MUTE" não são utilizadas, pois o amplificador está ligado na fonte de alimentação. Os resistores R1, R4 definem a impedância de entrada do UMZCH. Pares de elementos R1, C1 e R4, C4 formam um filtro passa-alto nas entradas de ambos os canais, limitando a largura de banda do amplificador por baixo. Da mesma forma, os elementos R2, C2 e R5, C5 na cadeia OOS definem o limite inferior da largura de banda. As taxas de resistência R3/R2, R6/R5 definem o ganho UMZCH. Com as classificações especificadas dos elementos R2, R3, R5, R6, o ganho de tensão é de 30 dB. A chave SA1 seleciona o modo de operação UMZCH "Estéreo / Mono". No modo "Estéreo", os microcircuitos DA1 e DA2 funcionam como dois amplificadores não inversores independentes; no modo "Mono", o amplificador DA2 passa de um amplificador não inversor com ganho de Kj = R6 / R5 + 1 em um amplificador inversor com ganho unitário. A posição SA1 no diagrama corresponde ao modo "Estéreo". Ao usar UMZCH no modo bridge, a saída "+" AC é conectada à saída DA1 e a saída "-" à saída DA2. Conversor de fonte de alimentação do amplificador (Fig. 2) é construído principalmente no chip KR1114EU4 - um análogo importado do TL494CN da Texas Instruments.
Uma descrição detalhada do microcircuito pode ser encontrada em [3], seu diagrama de blocos é mostrado na Fig. 3. Inclui um modulador de largura de pulso (PWM) e seu circuito de controle. O microcircuito oferece amplas oportunidades para controlar a duração dos pulsos de saída. Como os microcircuitos TDA7294 possuem nós de proteção próprios, não há necessidade de utilizá-los na própria fonte de alimentação.
O microcircuito KR1114EU4 pode funcionar tanto em conversores push-pull quanto monociclo; o modo de operação é definido pela entrada OTS (pino 13). Nesta fonte de alimentação, o pino 13 está conectado a uma fonte de tensão de referência de +5 V e o conversor opera no modo push-pull. O ciclo de trabalho dos pulsos pode variar em uma ampla faixa. As saídas do microcircuito podem ser conectadas diretamente através dos resistores R16, R17 às bases dos potentes transistores bipolares VT1 e VT2 do conversor devido ao alto valor limite da corrente de saída (até 200 mA). Como o chip conversor possui saídas coletor e emissor para transistores de saída (pinos 8-11), é possível ligá-los de acordo com um circuito emissor comum ou coletor comum, dependendo da estrutura dos transistores VT1 e VT2. No bloco descrito com transistores da estrutura npn, a segunda opção é usada. Ao usar transistores de efeito de campo (FETs de canal n) como chaves, remova os resistores R18 e R19. O chip KR1114EU4 possui seu próprio gerador de pulsos dente de serra. Os elementos R8, C8 são temporizados e a frequência de geração pode ser determinada pela fórmula f = 1/(R8C8). Ao operar no modo push-pull, a frequência do oscilador do microcircuito deve ser duas vezes maior que a frequência na saída do conversor. Para os valores do circuito de temporização indicados no diagrama, a frequência do gerador é de cerca de 160 kHz e a frequência de pulso de saída é de cerca de 80 kHz. A estabilidade do conversor em uma ampla faixa de tensões de alimentação é fornecida pela fonte de tensão de referência integrada (pino 14) +5 V. O circuito R9C7 fornece um aumento suave na largura de pulso de saída da unidade e na potência da carga após ligar a energia. O diodo VD1 evita a falha da unidade quando a polaridade da tensão de alimentação é invertida; neste caso, apenas o fusível FU1 queimará. A fonte de alimentação possui estabilização de tensão na carga devido à realimentação. É realizado através dos resistores R10 - R15 de cada braço retificador. Esses resistores formam dois divisores de tensão, através dos quais parte da tensão da saída da fonte de alimentação vai para os amplificadores de erro (pinos 1, 15). Como padrão de tensão, com o qual são comparadas as tensões de saída da fonte de alimentação, é utilizada uma fonte de tensão de referência (ION). As saídas dos amplificadores de erro dentro do DA1 são conectadas entre si por meio de diodos. O pino 3 é para realimentação local, limitando o ganho dos amplificadores. Neste bloco, o pino 3 é usado para acionar o conversor, e os amplificadores atuam como comparadores. Do transformador de pulso T1, a tensão é retificada pelos diodos VD2-VD5 e suavizada pelos capacitores C11-C14. Para reduzir a dissipação de energia nos microcircuitos UMZCH DA1 e DA2 e aumentar a potência máxima de saída do amplificador, é necessário selecionar corretamente a tensão de saída do conversor, com base na resistência de carga. Este UMZCH foi projetado para funcionar em conjunto com uma carga de 4 ohms no modo "Estéreo" e com uma carga de 8 ohms no modo ponte. O valor da tensão de alimentação DA1, DA2 recomendado pelo fabricante para uma dada resistência de carga é de ±25. ..27 V, o conversor de pulso é projetado para esta tensão. No mostrado na Fig. 2 circuito de alimentação requer um interruptor suficientemente poderoso para ligá-lo. Muitas vezes, esse método de inclusão é inconveniente ou inaceitável. Na fig. 4 mostra um diagrama do dispositivo para controle automático da partida do conversor. Ele garante que o UMZCH seja ligado quando uma tensão constante de mais de 20 V é aplicada ao resistor R1 ou quando um sinal de áudio é aplicado ao capacitor C15 com um valor de tensão efetivo de pelo menos 0,6 V.
A primeira opção pode ser usada se o rádio do carro tiver uma saída para controlar dispositivos externos, por exemplo, uma antena elétrica retrátil. Outra opção também é adequada se um subwoofer estiver instalado no carro. Em seguida, o capacitor C15 é conectado a uma das saídas do auto-rádio UMZCH, e agora o amplificador liga automaticamente quando a potência de saída do auto-rádio é superior a 0,15 ... 0,2 W e desliga em menos. É inaceitável conectar duas entradas ao rádio ao mesmo tempo, pois isso pode desativá-lo. O capacitor C16 suaviza simultaneamente as ondulações de tensão CA e atrasa o desligamento do amplificador depois que o sinal de entrada desaparece (com um atraso de cerca de 30 s). Os diodos VD7, VD8 impedem a influência do circuito de comutação na operação do modulador SHI. Eles também definem o limite de tensão no coletor VT3, acima do qual a duração dos pulsos na saída DA3 começará a diminuir gradualmente e, quando atingir 4 ... 4,5 V, a fonte de alimentação será desligada. Se este amplificador for usado apenas para um subwoofer, você precisará de um nó, cujo diagrama é mostrado na fig. 5. Trata-se de um filtro passa-baixo de segunda ordem com frequência de corte de 80 Hz; ele é ligado antes de entrar no UMZCH. No diagrama, entre parênteses, são indicadas as conclusões do amplificador operacional do segundo canal. Os reguladores de tensão integrados DA2, DA3 são instalados no circuito de alimentação. Se o amplificador for planejado para ser usado apenas no modo em ponte, um único amplificador operacional pode ser usado em vez de amplificadores operacionais duplos.
Detalhes e construção. Todas as partes do amplificador e da fonte de alimentação, exceto a chave do amplificador SA1, o fusível FU1 e os conectores de entrada e saída (não mostrados no diagrama), são montados em uma placa de circuito impresso feita de fibra de vidro de 2 mm de espessura revestida em um dos lados. O desenho da placa e a localização dos elementos nela são mostrados na fig. 6.
Como VD1, você pode usar diodos da série KD2997, KD2999 com qualquer índice de letras. Os diodos KD2997B (VD2 - VD5) podem ser substituídos por KD2997A, KD2999A, KD2999B. Em vez dos transistores KT898A (VT1, VT2), é permitido usar outros: KT890 com qualquer índice de letras, KT896A, KT896B, KT898B, KP958A - KP958V, KP954A - KP954V. Você pode usar transistores de efeito de campo importados IRFZ48, IRFZ44, IRF540, IRF640, IRF530, BUZ11 A, BUZ22 ou seus análogos removendo os resistores R18, R19. Os poderosos transistores PSU VT1, VT2 e os microcircuitos amplificadores DA1, DA2 são instalados em dissipadores de calor separados. É permitido instalar microcircuitos em um dissipador de calor sem isolamento, mas ao mesmo tempo isolá-lo da caixa do amplificador, pois o substrato metálico dos microcircuitos possui uma tensão de -Upit em relação ao fio comum. É inaceitável instalar transistores em um dissipador de calor sem isolamento. A mica pode ser usada como material isolante. Ao montar elementos de energia em dissipadores de calor, é desejável usar pasta condutora de calor KPT-8, o que facilitará muito a operação térmica desses elementos. Os diodos VD1 - VD5 são instalados perpendicularmente à placa. O circuito magnético do transformador de pulso T1 é composto por três anéis de tamanho K40x25x11 colados entre si de ferrita M2000NM1. Os enrolamentos I, II são enrolados em 4 voltas com um feixe de cinco fios PEV-2 de 1,2 mm. Os enrolamentos III, IV são enrolados em 10 voltas com um feixe de quatro fios PEV-2 0,8 mm. Os enrolamentos I, II e III, IV devem ser simétricos. Antes de enrolar, as arestas vivas do anel colado devem ser arredondadas com uma lima de agulha. Três ou quatro camadas de isolamento de fita fluoroplástica são colocadas entre os enrolamentos. O transformador é instalado no centro da placa de circuito impresso por meio de uma placa retangular ou redonda pressionando na parte superior com um furo no centro e um parafuso M5 ou Mb com porca. No circuito de controle de partida do conversor, quaisquer diodos de silício de baixa potência são adequados como VD1 - VD3, KT3102A (VT1) é substituído por um transistor com qualquer índice de letras desta série ou KT315. No filtro passa-baixo (ver Fig. 5), é permitido instalar OU KR574UD2, KR140UD20, KR544UD4. Em vez dos estabilizadores DA2, DA3, você pode usar qualquer estabilizador de tensão positiva e negativa de 15 V integrado. Devemos tentar conectar os fios de alimentação do amplificador o mais próximo possível da bateria do carro (na caixa de fusíveis) para excluir a influência de outros consumidores de corrente. Como a corrente de pico consumida pelo amplificador pode ser de até 15 A, fios de bitola grande (3...5 mm2) devem ser usados no circuito de alimentação. Se houver um dispositivo crítico para ondulações de tensão de alta frequência na rede de bordo, é necessário aumentar a capacitância C9 e, se isso não trouxer o efeito desejado, ligue um filtro de alta frequência no circuito de alimentação do conversor. Estabelecimento. Com elementos reparáveis, o amplificador começa a funcionar imediatamente. Apenas a fonte de alimentação precisa ser configurada. Portanto, é aconselhável realizar a instalação e configuração em duas etapas, conforme a seguir. Apenas os elementos da fonte de alimentação são instalados na placa de circuito impresso (as peças do amplificador não são soldadas). Em seguida, o resistor R14 é soldado e um equivalente de carga é conectado entre o fio comum e a saída positiva da fonte de alimentação - um resistor de fio com resistência de 6 ... 7 Ohms com potência de pelo menos 100 watts. Depois de ligar a energia, meça a tensão neste resistor, ela deve estar na faixa de 26 ... 28 V. Além disso, a resistência de carga é aumentada para 50 ohms. Ao girar o motor do resistor sintonizado R13, a mesma tensão de saída da fonte de alimentação é alcançada com uma carga de 100 watts. Então R14 é soldado e R12 é soldado. A configuração do segundo circuito de estabilização é semelhante. Ao final do ajuste, solde o resistor R12. Em seguida, as partes do UM34 são montadas e a operabilidade do dispositivo montado é verificada quanto aos equivalentes de carga do gerador de frequência de áudio. O dispositivo para ligar automaticamente o amplificador (ver Fig. 4) não precisa ser configurado, mas se o conversor iniciar mesmo na ausência de sinais de entrada, a resistência R21 será reduzida a um valor no qual a tensão no VT1 coletor está na faixa de 6 ... 6,5 V . Autor: A.Kolganov, Kaluga
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Comentários sobre o artigo: júri Diga-me, por favor, que forma (no sentido do oscilograma) deve ser a tensão no enrolamento secundário do transformador T1, antes da ponte de diodos no circuito mostrado na Fig. 2? Abraços, Iuri. Alexander derrotar o desenvolvedor deste circuito de transformador [para baixo]
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