Impulsowy zasilacz 500 W do wzmacniaczy audio

Wielu z Was wie, jak bardzo lubię rozgryzać różne zasilacze. Tym razem na moim stole znalazł się dość nietypowy zasilacz — przynajmniej takiego jeszcze nie testowałem. W gruncie rzeczy nie spotkałem też wcześniej recenzji zasilaczy tego rodzaju, choć to ciekawa konstrukcja i sam robiłem kiedyś podobne zasilacze.
Zamówiłem go z czystej ciekawości, uznałem, że może się przydać. Ale więcej o tym w dalszej części recenzji.


Chyba warto zacząć od krótkiego wstępu. Wiele lat temu mocno interesowałem się sprzętem audio. Przerobiłem zarówno konstrukcje całkowicie samodzielne, jak i „hybrydy”, w których wykorzystywałem wzmacniacze mocy o mocy do 100 W ze sklepu Junyj Technik, a także częściowo rozebrane urządzenia Radiotechnika UKU 010, 101 i Odyssej 010. Później był jeszcze Feniks 200U 010S.
Próbowałem nawet zbudować wzmacniacz mocy według projektu Suchowa, ale coś wtedy nie wyszło — już nawet nie pamiętam co.


Kolumny też miałem różne, zarówno samodzielnie zbudowane, jak i gotowe, na przykład Romantika 50AS-105 i Kliver 150AS-009.


Najlepiej zapamiętałem jednak Amfiton 25AS 027. Co prawda trochę je przerobiłem. Oprócz drobnych zmian w układzie i konstrukcji wymieniłem oryginalne głośniki 50 GDN na 75 GDN.
To zdjęcie i poprzednie nie są moje, bo mój sprzęt dawno sprzedałem. Potem przesiadłem się na Sven IHOO 5.1, a później zacząłem słuchać już tylko małych głośniczków komputerowych. Tak, oto regres.


Ostatnio zaczęły mi jednak chodzić po głowie myśli, żeby coś zbudować, na przykład wzmacniacz mocy — może po prostu dla samej przyjemności, a może zupełnie inaczej niż dotychczas. Ostatecznie postanowiłem zamówić zasilacz. Oczywiście mogę go zrobić sam, ba, w jednej z recenzji nie tylko to zrobiłem, ale też zamieściłem szczegółową instrukcję. Wrócę jeszcze do tego tematu, a na razie przejdźmy do recenzji.

Zacznę od listy deklarowanych parametrów technicznych:
Napięcie zasilania — 200–240 V
Moc wyjściowa — 500 W
Napięcia wyjściowe:
Główne — +/-35 V
Pomocnicze 1 — +/-15 V, 1 A
Pomocnicze 2 — 12 V, 0,5 A, galwanicznie odizolowane od pozostałych.
Wymiary — 133 x 100 x 42 mm

Wyjścia +/-15 V i 12 V są stabilizowane, główne napięcie +/-35 V nie jest stabilizowane. Pozwolę sobie wyrazić własną opinię na ten temat.
Często pytacie mnie, jaki zasilacz kupić do takiego czy innego wzmacniacza. Zwykle odpowiadam, że łatwiej zbudować go samemu na bazie popularnych sterowników IR2153 lub ich odpowiedników. Pierwsze pytanie, które wtedy pada, brzmi: „Ale przecież one nie stabilizują napięcia?”.
Moim zdaniem stabilizacja napięcia zasilającego wzmacniacz mocy nie tylko nie jest potrzebna, ale czasem wręcz szkodzi. Stabilizowany zasilacz zwykle generuje więcej zakłóceń o wysokiej częstotliwości, a ponadto mogą pojawić się problemy z układami stabilizacji, ponieważ wzmacniacz mocy pobiera energię nierównomiernie, impulsami. Słuchamy przecież muzyki, a nie jednej częstotliwości.
Zasilacz bez stabilizacji ma zwykle nieco wyższą sprawność, bo transformator pracuje zawsze w optymalnych warunkach. Nie ma sprzężenia zwrotnego, więc bardziej przypomina zwykły transformator, tyle że z mniejszą rezystancją uzwojeń.

Oto właśnie przykład zasilacza do wzmacniaczy mocy.

Opakowanie jest miękkie, ale paczkę tak dobrze owinęli, że raczej trudno będzie ją uszkodzić w transporcie. Choć starcie poczty ze sprzedawcami chyba nigdy się nie skończy.


Z zewnątrz wygląda ładnie, trudno się do czegoś przyczepić.



Jest dość kompaktowy, zwłaszcza w porównaniu ze zwykłym transformatorem o podobnej mocy.


Dokładniejsze wymiary można znaleźć na stronie produktu w sklepie.


1. Na wejściu zasilacza zamontowano złącze, co okazało się całkiem wygodne.
2. Jest bezpiecznik i pełny filtr wejściowy. Zapomniano tylko o termistorze, który chroniłby przed udarami prądu zarówno zasilanie sieciowe, jak i mostek prostowniczy z kondensatorami — to niedobrze. W okolicy filtra wejściowego znajdują się też pola lutownicze, których zwarcie przełącza zasilacz na napięcie 110–115 V. Przed pierwszym uruchomieniem warto sprawdzić, czy pola nie są zwarte, jeśli w sieci macie 220–230 V.
3. Mostek prostowniczy KBU810. Wszystko byłoby dobrze, gdyby nie to, że nie ma radiatora, a przy mocy 500 W byłby już wskazany.
4. Deklarowana pojemność kondensatorów filtrujących na wejściu wynosi 470 µF, rzeczywista to około 460 µF. Ponieważ są połączone szeregowo, łączna pojemność filtra wejściowego wynosi 230 µF — to trochę mało jak na moc wyjściową 500 W. Nawiasem mówiąc, płytka przewiduje też montaż tylko jednego kondensatora. W każdym razie nie polecałbym zwiększać pojemności bez zamontowania termistora. Co więcej, po prawej stronie bezpiecznika jest nawet miejsce na termistor — wystarczy go wlutować i przeciąć ścieżkę pod nim.


W przetwornicy zastosowano tranzystory IRF740. Nie są to już nowe tranzystory, ale kiedyś również często stosowałem je w podobnych układach. Jako alternatywa — IRF830.
Tranzystory zamontowano na osobnych radiatorach, i nie bez powodu. Radiatory są połączone z obudowami tranzystorów, i to nie tylko w miejscu ich mocowania — również wyprowadzenia montażowe radiatorów są połączone na samej płytce. Moim zdaniem to kiepskie rozwiązanie, bo będzie powodować dodatkowe emisje zakłóceń na częstotliwości przetwarzania. Przynajmniej dolny tranzystor inwertera (na zdjęciu ten dalszy) odizolowałbym od radiatora, a radiator od układu.

Tranzystorami steruje nieznany moduł, ale sądząc po obecności rezystora zasilającego, a także po prostu z własnego doświadczenia, myślę, że niewiele się pomylę, jeśli powiem, że w środku siedzi zwykły IR2153. Po co właściwie robić taki moduł, pozostaje dla mnie zagadką.


Inwerter zbudowano w układzie półmostkowym, ale jako punkt środkowy wykorzystano nie punkt połączenia elektrolitycznych kondensatorów filtrujących, lecz dwa kondensatory foliowe o pojemności 1µF (na zdjęciu dwa równoległe do transformatora). Uzwojenie pierwotne podłączono przez trzeci kondensator, również o pojemności 1µF (na zdjęciu prostopadły do transformatora).
To znane i pod pewnymi względami wygodne rozwiązanie, bo pozwala w prosty sposób nie tylko zwiększyć pojemność wejściowego kondensatora filtrującego, ale też zastosować jeden na 400 V, co może się przydać podczas modernizacji.


Transformator jest dość mały jak na deklarowaną moc 500 W. Oczywiście jeszcze przetestuję go pod obciążeniem, ale już teraz mogę powiedzieć, że moim zdaniem jego rzeczywista moc ciągła nie przekracza 300–350 W.

Na stronie sklepu, wśród najważniejszych cech, podano —

Co w tłumaczeniu oznacza: w transformatorze zastosowano uzwojenie złożone ze 100 drutów beztlenowych o średnicy 0.1 mm, co ogranicza nagrzewanie, a sprawność przekracza 90%.
Sprawność sprawdzę później, ale to, że uzwojenie jest wielodrutowe, to fakt. Oczywiście nie liczyłem tych drutów, ale wiązka jest całkiem porządna, a taki sposób nawinięcia rzeczywiście korzystnie wpływa na pracę samego transformatora, a w efekcie całego zasilacza.


Nie zapomniano też o kondensatorze łączącym „gorącą” i „zimną” stronę zasilacza — zastosowano właściwy typ Y1.


W prostowniku wyjściowym głównych kanałów zastosowano zespoły diod MUR1620CTR i MUR1620CT (16 A, 200 V). Producent nie kombinował z „hybrydowymi” wariantami, tylko zamontował, jak należy, dwa komplementarne zespoły: jeden ze wspólną katodą, drugi ze wspólną anodą. Oba zespoły zamontowano na osobnych radiatorach i, podobnie jak w przypadku tranzystorów, nie są odizolowane od pozostałych elementów. W tym przypadku problem dotyczy jednak wyłącznie bezpieczeństwa elektrycznego, a jeśli obudowa jest zamknięta, nie ma się czym martwić.
W filtrze wyjściowym zastosowano po dwa kondensatory 1000µF × 50 V, co moim zdaniem jest trochę za mało.


Ponadto, aby zmniejszyć tętnienia, między kondensatorami zamontowano dławik, a kondensatory za nim dodatkowo zbocznikowano kondensatorem ceramicznym 100 nF.
Zresztą na stronie produktu napisano —

W tłumaczeniu: wszystkie kondensatory mają niski ESR, aby ograniczyć tętnienia. W zasadzie tak właśnie jest — zastosowano kondensatory Cheng-X, ale to właściwie tylko nieco ulepszona wersja zwykłych chińskich kondensatorów. Wolałbym użyć moich ulubionych Samwha RD albo Capxon KF.

Równolegle do kondensatorów nie ma rezystorów rozładowujących, choć na płytce przewidziano dla nich miejsce, więc mogą czekać na was „niespodzianki” — ładunek utrzymuje się dość długo.


Dodatkowe kanały zasilania są podłączone do osobnych uzwojeń transformatora, przy czym kanał 12 V jest galwanicznie odizolowany od pozostałych.
Każdy kanał ma niezależną stabilizację napięcia, dławiki ograniczające zakłócenia i kondensatory ceramiczne na wyjściu. Pewnie zauważyliście jednak, że w prostowniku jest pięć diod. Kanał 12 V jest zasilany z prostownika jednopołówkowego.


Na wyjściu, podobnie jak na wejściu, zastosowano listwy zaciskowe — całkiem dobrej jakości i o przemyślanej konstrukcji.


Na stronie produktu jest zdjęcie z góry, na którym wszystko widać jak na dłoni. Dopiero później zauważyłem, że na wszystkich zdjęciach w sklepie są słupki montażowe, a w moim zestawie ich nie było :(


Płytka drukowana jest dwustronna i wykonana bardzo starannie. Zastosowano laminat szklano-epoksydowy, a nie typowy getinaks. W jednym z wąskich miejsc wykonano szczelinę izolacyjną.
Od spodu znalazłem też parę rezystorów. Przypuszczam, że to prymitywny układ zabezpieczenia przed przeciążeniem, który czasem dodaje się do sterowników z układem IR2153. Szczerze mówiąc, nie liczyłbym jednak na jego działanie.


Na spodzie płytki drukowanej znajdują się również oznaczenia wyjść i wariantów napięć wyjściowych, dla których produkowane są te płytki. Zaintrygowały mnie dwie rzeczy: dwa identyczne warianty ±70 V oraz wersja na zamówienie.


Zanim przejdę do testów, opowiem krótko o mojej wersji podobnego zasilacza.
Jakieś trzy i pół roku temu opublikowałem recenzję regulowanego zasilacza, w którym zastosowałem zasilacz zbudowany według mniej więcej takiego samego schematu.


Po zmontowaniu wyglądał całkiem podobnie. Wybaczcie słabą jakość zdjęcia.


Jeśli usuniemy z mojej wersji wszystkie „zbędne” elementy, na przykład układ regulacji obrotów wentylatora zależnie od temperatury, wzmocniony sterownik tranzystorów i układ dodatkowego zasilania z wyjścia falownika, otrzymamy schemat omawianego zasilacza.
W zasadzie to ten sam zasilacz, tylko z większą liczbą napięć wyjściowych. Układ jest bardzo prosty — prostszy byłby już tylko zwykły generator samowzbudny.


Omawiany zasilacz ma też prymitywny układ ograniczania mocy wyjściowej. Podejrzewam, że zrealizowano go tak, jak pokazano na zaznaczonym fragmencie schematu.


Sprawdźmy jednak, na co stać ten układ i jego realizację w omawianym zasilaczu.
Trzeba tu zaznaczyć, że ponieważ napięcie główne nie jest stabilizowane, zależy bezpośrednio od napięcia w sieci.
Przy napięciu wejściowym 223 V napięcie wyjściowe wynosi 35,2 V bez obciążenia. Pobór mocy wynosi wtedy 3,3 W.


Wyraźnie nagrzewa się rezystor zasilający sterownik tranzystorów. Ma rezystancję 150 kΩ, co przy napięciu 300 V daje moc strat około 0,6 W. Rezystor nagrzewa się niezależnie od obciążenia zasilacza.
Lekko nagrzewa się również transformator. Zdjęcie zrobiono mniej więcej 15 minut po włączeniu.


Do testu obciążeniowego zbudowałem stanowisko składające się z dwóch obciążeń elektronicznych, oscyloskopu i multimetru.
Multimetr mierzył jeden kanał zasilania, a drugi kontrolowałem woltomierzem obciążenia elektronicznego podłączonego krótkimi przewodami.


Nie będę zanudzał czytelnika długą listą testów, więc od razu przejdę do oscylogramów.
1, 2. Różne punkty wyjściowe zasilacza przed mostkami diodowymi, przy różnych podstawach czasu. Częstotliwość pracy falownika wynosi 70 kHz.
3, 4. Tętnienia przed dławikiem kanału 12 V i za nim. Za stabilizatorem KR142EN8 wszystko jest już idealnie gładkie, ale jest problem: napięcie w tym punkcie wynosi zaledwie około 14,5 V bez obciążenia głównych kanałów i 13,6–13,8 V pod obciążeniem, co jest za mało dla stabilizatora 12 V.


Testy obciążeniowe przebiegały następująco:
Najpierw obciążałem jeden kanał do 50%, potem drugi do 50%, następnie zwiększałem obciążenie pierwszego do 100%, a potem także drugiego. Ostatecznie otrzymałem cztery tryby obciążenia: 25-50-75-100%.
Najpierw przebieg na wyjściu w zakresie wysokich częstotliwości. Moim zdaniem wygląda całkiem nieźle: tętnienia są minimalne, a po zamontowaniu dodatkowego dławika można je zredukować niemal do zera.


Przy częstotliwości 100 Hz jest już dość kiepsko — pojemność na wejściu jest zdecydowanie za mała.
Całkowita amplituda tętnień przy mocy wyjściowej 500 W wynosi około 4 V.


Testy pod obciążeniem. Ponieważ napięcie pod obciążeniem spadało, stopniowo zwiększałem prąd obciążenia, tak aby moc wyjściowa odpowiadała w przybliżeniu wartościom 125-250-375-500 W.
1. Pierwszy kanał — 0 W, 42,4 V; drugi kanał — 126 W, 33,75 V
2. Pierwszy kanał — 125,6 W, 32,21 V; drugi kanał — 130 W, 32,32 V.
3. Pierwszy kanał — 247,8 W, 29,86 V; drugi kanał — 127 W, 30,64 V.
4. Pierwszy kanał — 236 W, 29,44 V; drugi kanał — 240 W, 29,58 V.

Pewnie zauważyliście, że w pierwszym teście napięcie nieobciążonego kanału przekracza 40 V. Wynika to z przepięć, a ponieważ kanał nie był w ogóle obciążony, napięcie stopniowo rosło. Nawet niewielkie obciążenie przywracało je do normy.


Równocześnie mierzyłem pobór mocy, ale ze względu na stosunkowo duży błąd pomiaru mocy wyjściowej obliczone wartości sprawności również podam w przybliżeniu.
1. Obciążenie 25%, sprawność 89,3%
2. Obciążenie 50%, sprawność 91,6%
3. Obciążenie 75%, sprawność 90%
4. 476 W, około 95% obciążenia, sprawność 88%
5, 6. Z ciekawości zmierzyłem współczynnik mocy przy 50 i 100% mocy.

Ogólnie wyniki są zbliżone do deklarowanych 90%.


Testy wykazały, że zasilacz działa całkiem nieźle. Wszystko byłoby świetnie, gdyby nie tradycyjna „łyżka dziegciu” w postaci przegrzewania. Już na samym początku oszacowałem moc zasilacza na około 300-350 W.
Podczas typowego testu, z stopniowym nagrzewaniem i 20-minutowymi przerwami, ustaliłem, że przy mocy 250 W zasilacz działa bez zarzutu. Temperatury podzespołów wynosiły mniej więcej:
Mostek prostowniczy — 71
Tranzystory — 66
Transformator (rdzeń magnetyczny) — 72
Diody wyjściowe — 75

Kiedy jednak zwiększyłem moc do 75% (375 W), po 10 minutach sytuacja wyglądała zupełnie inaczej:
Mostek prostowniczy — 87
Tranzystory — 100
Transformator (rdzeń magnetyczny) — 78
Diody wyjściowe — 102 (bardziej obciążony kanał)

Próbując znaleźć przyczynę problemu, ustaliłem, że uzwojenia transformatora mocno się przegrzewają. W efekcie nagrzewa się rdzeń magnetyczny, spada jego indukcja nasycenia i zaczyna wchodzić w nasycenie. W rezultacie temperatura tranzystorów gwałtownie rośnie (później zarejestrowałem nawet 108 stopni), więc przerwałem test. Testy „na zimno” przy mocy 500 W przebiegały natomiast normalnie.

Poniżej dwa zdjęcia termowizyjne: pierwsze przy obciążeniu 25%, drugie przy 75%, odpowiednio po pół godzinie (20+10 minut). Temperatura uzwojeń osiągnęła 146 stopni, a w powietrzu wyraźnie było czuć zapach przegrzanego lakieru.


Podsumujmy więc — wnioski są częściowo niezbyt optymistyczne.
Jakość wykonania jest bardzo dobra, ale są pewne niedociągnięcia konstrukcyjne, na przykład tranzystory zamontowano bez izolacji od radiatorów. Zaletą jest duża liczba napięć wyjściowych: na przykład 35 V do zasilania wzmacniacza mocy, 15 V do przedwzmacniacza i niezależne 12 V do różnych urządzeń pomocniczych.

Są też niedociągnięcia w układzie, na przykład brak termistora na wejściu i zbyt mała pojemność kondensatorów wejściowych.
W specyfikacji podano, że dodatkowe kanały 15 V mogą dostarczyć prąd do 1 A. W praktyce bez dodatkowego chłodzenia stabilizatorów nie liczyłbym na więcej niż 0,5 A. Kanał 12 V prawdopodobnie nie dostarczy nawet więcej niż 200-300 mA.

Wszystkie te problemy są jednak albo niekrytyczne, albo łatwe do rozwiązania. Najpoważniejszym problemem jest przegrzewanie. Zasilacz może przez dłuższy czas dostarczać do 250-300 W; 500 W tylko przez stosunkowo krótki czas, chyba że dodamy aktywne chłodzenie.

Przy okazji mam pytanie do szanownego grona. Myślę o zbudowaniu własnego wzmacniacza i przygotowaniu jego recenzji. Co byłoby ciekawsze: wzmacniacz mocy czy przedwzmacniacz? Jeśli wzmacniacz mocy, to o jakiej mocy i tak dalej. Mnie osobiście nie jest szczególnie potrzebny, ale mam ochotę trochę przy nim pogrzebać. Recenzowany zasilacz ma z tym niewiele wspólnego :)

Ten zasilacz na AliExpress — link i jeszcze jeden.

To już wszystko. Mam nadzieję, że informacje były przydatne. Jak zwykle czekam na pytania w komentarzach.