500-ватний імпульсний блок живлення для аудіопідсилювачів

Багато хто знає, як я люблю розбиратися з різними блоками живлення. Цього разу в мене на столі дещо незвичайний блок живлення — принаймні такого я ще не тестував. Та й загалом раніше я не зустрічав оглядів блоків живлення такого різновиду, хоча річ цікава сама по собі, і раніше я сам робив подібні блоки живлення.
Замовити його я вирішив із чистої цікавості, подумав, що може стати в пригоді. Утім, докладніше — в огляді.


Напевно, варто почати з невеликого ліричного вступу. Багато років тому я неабияк захоплювався аудіотехнікою, пройшовши шлях від повністю саморобних варіантів до «гібридів», у яких використовувалися УМ потужністю до 100 Ватт із магазину Юный техник, а також напіврозібрані Радиотехника УКУ 010, 101 і Одиссей 010, а потім був Феникс 200У 010С.
Навіть пробував зібрати УМЗЧ Сухова, але тоді щось не склалося — вже й не згадаю, що саме.


Акустика теж була різна — і саморобна, і готова, наприклад Романтика 50ас-105, Кливер 150ас-009.


Але найбільше запам’яталися Амфитон 25АС 027, щоправда, вони в мене були дещо доопрацьовані. Окрім невеликих змін у схемі та конструкції, я замінив штатні динаміки 50 ГДН на 75 ГДН.
Це та попередні фото не мої, адже свою апаратуру я давно продав, а потім перейшов на Sven IHOO 5.1, а згодом узагалі став слухати лише маленькі комп’ютерні колоночки. Так, ось такий регрес.


Але ось почали снувати в голові думки щось зробити, наприклад підсилювач потужності, можливо, просто так, можливо, взагалі все зробити інакше. Та зрештою я вирішив замовити блок живлення. Звісно, я можу зробити його сам, більше того, в одному з оглядів я не лише це робив, а й виклав докладну інструкцію, але до цього я ще повернуся, а поки перейду до огляду.

Почну зі списку заявлених технічних характеристик:
Напруга живлення — 200-240 Вольт
Вихідна потужність — 500 Ватт
Вихідні напруги:
Основна — +/-35 Вольт
Допоміжна 1 — +/- 15 Вольт 1 Ампер
Допоміжна 2 — 12 Вольт 0.5 Ампера, гальванічно ізольована від решти.
Розміри — 133 x 100 x 42 мм

Канали +/- 15 і 12 Вольт мають стабілізацію, основна напруга +/-35 Вольт не стабілізована. Тут, мабуть, висловлю свою думку.
Мене часто запитують, який блок живлення купити для того чи іншого підсилювача. Зазвичай я відповідаю: простіше зібрати самому на базі відомих драйверів IR2153 та їхніх аналогів. Перше запитання після цього — так у них же немає стабілізації напруги.
Так, на мою особисту думку, стабілізація напруги живлення УМЗЧ не лише не потрібна, а іноді й шкідлива. Річ у тім, що стабілізований БЖ зазвичай більше шумить на ВЧ, а крім того, можуть виникнути проблеми з колами стабілізації, адже підсилювач потужності споживає енергію нерівномірно, а сплесками. Ми ж слухаємо музику, а не одну частоту.
БЖ без стабілізації зазвичай має трохи вищий ККД, оскільки трансформатор завжди працює в оптимальному режимі, не має зворотного зв’язку й тому більше схожий на звичайний трансформатор, але з меншим активним опором обмоток.

Ось, власне, перед нами приклад БЖ для підсилювачів потужності.

Пакування м’яке, але замотали так, що навряд чи його вдасться пошкодити під час доставки, хоча протистояння пошти й продавців, мабуть, буде вічним.


Зовні виглядає гарно, особливо й не причепишся.



Розмір відносно компактний, особливо якщо порівнювати зі звичайним трансформатором відповідної потужності.


Зрозуміліші розміри є на сторінці товару в магазині.


1. На вході блока живлення встановлено роз’єм, що виявилося досить зручним.
2. Є запобіжник і повноцінний вхідний фільтр. От тільки про термістор, який захищає від кидків струму як мережу, так і діодний міст із конденсаторами, забули — це погано. Також біля вхідного фільтра розташовані контактні майданчики, які треба замкнути, щоб перемкнути БЖ на напругу 110-115 Вольт. Перед першим увімкненням краще перевірити, чи не замкнуті майданчики, якщо у вас у мережі 220-230.
3. Діодний міст KBU810 — усе було б нічого, але він без радіатора, а за потужності 500 Ватт радіатор уже бажаний.
4. Заявлена ємність вхідних фільтрувальних конденсаторів — 470 мкФ, фактична — близько 460 мкФ. Оскільки вони з’єднані послідовно, загальна ємність вхідного фільтра становить 230мкФ — замало для вихідної потужності 500 Ватт. До речі, плата передбачає встановлення й одного конденсатора. Але в будь-якому разі я б не радив збільшувати ємність без встановлення термістора. Причому праворуч від запобіжника є навіть місце для термістора — треба лише впаяти його й перерізати доріжку під ним.


В інверторі застосовано транзистори IRF740. Хоча це далеко не нові транзистори, раніше я також широко використовував їх у подібних пристроях. Як альтернатива — IRF830.
Транзистори встановлено на окремих радіаторах, і зроблено це не просто так. Радіатори з’єднані з корпусами транзисторів, причому не лише в місцях кріплення самих транзисторів: монтажні виводи радіаторів також з’єднані на самій платі. На мій погляд, це невдале рішення, адже буде зайве випромінювання в ефір на частоті перетворення. Принаймні нижній транзистор інвертора (на фото він дальній) я б від’єднав від радіатора, а радіатор — від схеми.

Транзисторами керує невідомий модуль, але, судячи з наявності резистора живлення та й просто з мого досвіду, думаю, не дуже помилюся, якщо скажу, що всередині стоїть звичайна IR2153. Щоправда, навіщо робити такий модуль, для мене залишилося загадкою.


Інвертор зібрано за напівмостовою схемою, але як середню точку використано не точку з’єднання фільтрувальних електролітичних конденсаторів, а два плівкові конденсатори ємністю 1 мкФ (на фото — два паралельно трансформатору). Первинну обмотку під’єднано через третій конденсатор, також ємністю 1 мкФ (на фото — перпендикулярно до трансформатора).
Рішення відоме й по-своєму зручне, адже дає змогу досить просто не лише збільшити ємність вхідного фільтрувального конденсатора, а й використати один на 400 В, що може стати в пригоді під час модернізації.


Трансформатор має досить скромні габарити для заявленої потужності 500 Вт. Я, звісно, ще протестую його під навантаженням, але вже можу сказати, що, на мій погляд, його реальна тривала потужність — не більше ніж 300–350 Вт.

На сторінці магазину в переліку ключових особливостей було зазначено —

У перекладі це означає: в трансформаторі використано обмотку зі 100 безкисневих дротин діаметром 0.1 мм, що зменшує нагрівання, а ККД перевищує 90%.
ККД я перевірю пізніше, а от те, що обмотка багатодротова, — факт. Я, звісно, їх не перераховував, але джгут досить добрий, і такий спосіб намотування справді позитивно впливає на якість роботи трансформатора зокрема й усього БЖ загалом.


Не забули й про конденсатор, що з’єднує «гарячу» та «холодну» сторони БЖ, причому встановили конденсатор належного типу (Y1).


У вихідному випрямлячі основних каналів використано діодні збірки MUR1620CTR і MUR1620CT (16 А, 200 В). Виробник не став городити «гібридні» варіанти, а встановив як належить дві комплементарні збірки: одну зі спільним катодом, а іншу — зі спільним анодом. Обидві збірки встановлено на окремих радіаторах і, як і у випадку з транзисторами, не ізольовано від компонентів. Але тут проблема може бути лише з погляду електробезпеки, хоча якщо корпус закритий, нічого страшного в цьому немає.
У вихідному фільтрі використано по парі конденсаторів 1000 мкФ × 50 В, що, на мій погляд, замало.


Крім того, для зменшення пульсацій між конденсаторами встановлено дросель, а конденсатори після нього додатково зашунтовано керамічним конденсатором на 100 нФ.
Загалом на сторінці товару було написано —

У перекладі — усі конденсатори мають низький імпеданс для зменшення пульсацій. Загалом так воно і є: використано Cheng-X, але це, по суті, лише трохи поліпшений варіант звичайних китайських конденсаторів, і я б краще поставив свої улюблені Samwha RD або Capxon KF.

Паралельно конденсаторам немає розрядних резисторів, хоча місце на платі для них є, тож на вас можуть чекати «сюрпризи», адже заряд тримається досить довго.


Додаткові канали живлення підключені до власних обмоток трансформатора, причому канал 12 В гальванічно ізольований від решти.
Кожен канал має незалежну стабілізацію напруги, дроселі для зменшення завад і керамічні конденсатори на виході. Але ви, мабуть, помітили, що у випрямлячі п’ять діодів. Канал 12 В живиться від однопівперіодного випрямляча.


На виході, як і на вході, встановлені клемники, причому досить хорошої якості й конструкції.


На сторінці товару є фото згори, де видно все й одразу. Уже потім помітив, що на всіх фото в магазині є монтажні стійки, а в моєму комплекті їх не було :(


Друкована плата двостороння, якість дуже висока, використано склотекстоліт, а не звичний гетинакс. В одному з вузьких місць зроблено захисну прорізь.
Знизу також виявилася пара резисторів. Припускаю, що це примітивна схема захисту від перевантаження, яку іноді додають до драйверів на IR2153. Але, чесно кажучи, я б на неї не покладався.


Також знизу друкованої плати є маркування виходів і варіанти вихідної напруги, під які виготовляють ці плати. Трохи заінтригували дві речі — два однакові варіанти +/- 70 В і варіант на замовлення.


Перш ніж перейти до тестів, трохи розповім про свій варіант подібного БЖ.
Приблизно три з половиною роки тому я опублікував огляд регульованого БЖ, у якому використовувався блок живлення, зібраний приблизно за такою самою схемою.


У зібраному вигляді він також був досить схожим. Перепрошую за погану якість фото.


Якщо прибрати з мого варіанта все «зайве», наприклад вузол регулювання обертів вентилятора залежно від температури, а також потужніший драйвер транзисторів і схему додаткового живлення від виходу інвертора, то отримаємо схему БЖ, який оглядаємо.
По суті, це той самий БЖ, тільки вихідних напруг більше. Загалом схемотехніка цього БЖ зовсім проста — простіший хіба що звичайний автогенератор.


Крім того, БЖ, який оглядаємо, оснащений примітивною схемою обмеження вихідної потужності. Підозрюю, що її реалізовано так, як показано на виділеній ділянці схеми.


Але подивімося, на що здатна ця схема та її реалізація в блоці живлення, який оглядаємо.
Тут слід зазначити, що, оскільки стабілізації основної напруги немає, вона безпосередньо залежить від напруги в мережі.
За вхідної напруги 223 В вихідна становить 35.2 у режимі холостого ходу. Споживана потужність при цьому — 3.3 Вт.


При цьому помітно нагрівається резистор живлення драйвера транзисторів. Його номінал — 150 кОм, що за напруги 300 В дає розсіювану потужність близько 0.6 Вт. Цей резистор нагрівається незалежно від навантаження блока живлення.
Також помітно трохи нагрівається трансформатор. Фото зроблено приблизно через 15 хвилин після ввімкнення.


Для тестування під навантаженням було зібрано конструкцію з двох електронних навантажень, осцилографа й мультиметра.
Мультиметр вимірював один канал живлення, другий контролювався вольтметром електронного навантаження, підключеного короткими дротами.


Не втомлюватиму читача довгим переліком тестів, тож одразу перейду до осцилограм.
1, 2. Різні точки виходу БЖ до діодних збірок і різний час розгортки. Частота роботи інвертора становить 70 кГц.
3, 4. Пульсації перед дроселем каналу 12 В і після нього. Після КРЕНки взагалі все гладко, але є проблема: напруга в цій точці становить лише близько 14.5 В без навантаження основних каналів і 13.6-13.8 під навантаженням, а це замало для стабілізатора на 12 В.


Тести під навантаженням проходили так:
Спочатку навантажував один канал на 50%, потім другий на 50%, далі збільшував навантаження першого до 100%, а потім і другого. У результаті виходило чотири режими навантаження — 25-50-75-100%.
Спочатку подивімося, що на виході на ВЧ. На мій погляд, усе дуже навіть непогано: пульсації мінімальні, а якщо встановити додатковий дросель, їх узагалі можна звести майже до нуля.


А от на частоті 100 Гц усе доволі сумно — замала ємність на вході, замала.
Повний розмах пульсацій за вихідної потужності 500 Вт становить близько 4 Вольт.


Випробування під навантаженням. Оскільки під навантаженням напруга просідала, я відповідно збільшував струм навантаження, щоб вихідна потужність приблизно відповідала ряду 125-250-375-500 Вт.
1. Перший канал — 0 Вт, 42.4 Вольта, другий канал — 126 Вт, 33.75 Вольта
2. Перший канал — 125.6 Вт, 32.21 Вольта, другий канал — 130 Вт, 32.32 Вольта.
3. Перший канал — 247.8 Вт, 29.86 Вольта, другий канал — 127 Вт, 30.64 Вольта.
4. Перший канал — 236 Вт, 29.44 Вольта, другий канал — 240 Вт, 29.58 Вольта.

Ви, мабуть, помітили, що під час першого випробування напруга ненавантаженого каналу перевищує 40 Вольт. Це спричинено викидами напруги, а оскільки навантаження взагалі немає, напруга плавно зростала. Навіть невелике навантаження повертало напругу до норми.


Одночасно вимірювалося споживання, але оскільки похибка вимірювання вихідної потужності відносно велика, розрахункові значення ККД я також наводитиму приблизно.
1. 25% навантаження, ККД 89.3%
2. 50% навантаження, ККД 91.6%
3. 75% навантаження, ККД 90%
4. 476 Вт, близько 95% навантаження, ККД 88%
5, 6. Просто з цікавості виміряв коефіцієнт потужності за 50 і 100% потужності.

Загалом результати приблизно відповідають заявленим 90%


Випробування показали доволі непогану роботу блока живлення, і все було б чудово, якби не звична «ложка дьогтю» у вигляді нагрівання. Ще на самому початку я оцінив потужність БЖ приблизно у 300-350 Вт.
Під час звичного випробування з поступовим прогріванням і інтервалами по 20 хвилин я з’ясував, що за потужності 250 Вт БЖ працює просто чудово, нагрівання компонентів приблизно таке:
Діодний міст — 71
Транзистори — 66
Трансформатор (магнітопровід) — 72
Вихідні діоди — 75

Але коли я підняв потужність до 75% (375 Вт), то через 10 хвилин картина була зовсім іншою:
Діодний міст — 87
Транзистори — 100
Трансформатор (магнітопровід) — 78
Вихідні діоди — 102 (більш навантажений канал)

Спробувавши розібратися з проблемою, я з’ясував, що обмотки трансформатора сильно перегріваються. Через це нагрівається магнітопровід, знижується його індукція насичення, і він починає входити в насичення. У результаті різко зростає нагрівання транзисторів (пізніше я зафіксував температуру до 108 градусів), після чого я зупинив випробування. Водночас випробування «на холодну» за потужності 500 Вт проходили нормально.

Нижче — пара термознімків: перший за потужності навантаження 25%, другий — 75%, відповідно через пів години (20+10 хвилин). Температура обмоток сягнула 146 градусів, і відчувався помітний запах перегрітого лаку.


Отже, тепер підсумую — частково невтішні.
Загальна якість виготовлення дуже хороша, але є певні конструктивні нюанси, наприклад установлення транзисторів без ізоляції від радіаторів. Тішить велика кількість вихідних напруг: наприклад, 35 Вольт для живлення підсилювача потужності, 15 — для попереднього підсилювача і незалежні 12 Вольт для різних сервісних пристроїв.

Є недопрацювання схеми, наприклад відсутність термістора на вході та мала ємність вхідних конденсаторів.
У характеристиках заявлено, що додаткові канали 15 Вольт можуть видавати струм до 1 Ампера. Насправді я б не розраховував на більше ніж 0.5 Ампера без додаткового охолодження стабілізаторів. Канал 12 Вольт, найімовірніше, взагалі не видасть понад 200-300мА.

Але всі ці проблеми або не критичні, або їх легко розв’язати. Найскладніша проблема — нагрівання. БЖ може тривалий час віддавати до 250-300 Вт, а 500 Вт — лише відносно короткочасно, або ж доведеться додати активне охолодження.

Заодно в мене виникло невелике запитання до шановної спільноти. Є думка зробити власний підсилювач, звісно, з оглядами. Але який був би цікавішим: підсилювач потужності чи попередній? Якщо підсилювач потужності, то на яку потужність тощо. Особисто мені він не дуже потрібен, але є настрій покопирсатися. Оглядуваний БЖ має до цього слабкий стосунок :)

Цей БЖ на AliExpress — посилання, і ще одне.

На цьому все, сподіваюся, інформація була корисною. Як завжди, чекаю на запитання в коментарях.