Главная » Питание
Призовой фонд
на январь 2017 г.
1. 5000 руб.
Академия Благородных Металлов
2. 1000 руб.
Radio-Sale
3. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
4. 600 руб.
От пользователей
5. Тестер компонентов LCR-T4
Паяльник

Похожие статьи:


Регенератор сетевого питания с частотой 100Гц

При построении аудиосистемы я обратил внимание на интересный факт, мной и другими слушателями было замечено, что на качество звучания аппаратуры влияет время суток, а точнее поздно вечером и рано утром звучание заметно лучше чем днем. В чем причина?!

Думаю, что не секрет, что наша бытовая электрическая сеть (ЭС) оставляет желать лучшего. Так повелось, что главный параметр ЭС, который отслеживают  работники электростанций и обслуживающего персонала,  это ее частота колебаний  50Гц, а что касается чистоты питающего напряжения и стабильности напряжения в наших домах так тут дела никому нет. Хотя последнее утверждение немного спорное, так как есть ГОСТ 13109-97 и технический регламент на параметры электрической сети. Я на собственном опыте почувствовал отход от параметров установленных в ГОСТ по электропитанию, когда мой ЦАП отказывался стабильно работать и это понятно, так как напряжение в ЭС снижалось до 180В, это хорошо отслеживалось по снижению яркости свечения ламп накаливания в доме. Все дело в том, что я живу в частном доме и для меня не редкость, когда напряжение в сети падает до 20%.  Еще  один недостаток ЭС был в том, что частые сварочные  и другие работы соседей тоже вносили свою лепту в "экологию" питания аппаратуры.

Частично решить эту проблему можно с помощью стабилизатора напряжения, но он не спасет от загрязненного питания, так как автотрансформатор в составе этих устройств не   способен работать в качестве фильтра НЧ.
Мои поиски необходимых устройств не дали желаемого результата, так как тема  посвященная чистоте ЭС освещается крайне редко и на форумах по радиоэлектронике тоже мало информации. В продаже есть регенераторы питания, но они либо сильно дороги или часто сделаны на основе ИБП. Достоинство данных изделий перекрывается их недостатком, а именно большим шумом импульсного преобразователя и сильный отход от формы синусоиды выходного сигнала.

После некоторых размышлений, я решил разработать собственный регенератор сетевого питания (РСП), удовлетворяющий моим требованиям, а именно:

  1. Стабильность напряжения питания 230В c точностью не хуже 2% (при нагрузке 40Вт)
  2. Выходная мощность РСП 60-100Вт (вполне достаточно для питания источника звука)
  3. Коэффициент гармонических составляющих на активной нагрузке 40Вт не более 0,5% (в то время как в бытовой ЭС этот параметр примерно равен 5%)
  4. Стабильность частоты питающего напряжения (частота задающего генератора 100Гц) ± 0,5%
  5. Гальваническая развязка с ЭС
  6. Низкий акустический уровень шума.

Сразу поясню, что 100Гц частота была выбрана неслучайно. Определяющим фактором послужил оптимальный режим работы нагрузки РСП на этой частоте, а именно звуковоспроизводящая аппаратура или ЦАП как в моем варианте.

Дело в том, что при повышения частоты напряжения питания силовых трансформаторов подключаемых устройств к РСП происходит улучшение режима их работы, а именно:

  1. Облегчается работа питающего трансформатора
  2. Снижается магнитная индукция трансформатора, что приводит к снижению рассеивания магнитного поля, а также отсутствия постоянного напряжения насыщения железа трансформатора в питающем устройстве и как следствие создается более благоприятное условие его работы.

Все это способствует к улучшению звуковых свойств питаемой аппаратуры, но об этом ниже.
Еще одно преимущество частоты питания 100Гц это улучшение работы выпрямителя питающего устройства, так как после диодного моста пульсирующие напряжения получается в 2 раза чаще чем при питании непосредственно от бытовой сети 220В 50Гц и оно равно 200Гц. А из теории известно, что при увеличении частоты пульсации напряжения емкость сглаживающего фильтра после него можно уменьшить так как конденсатору легче сгладить пульсации выпрямленного напряжения большей частоты. Кстати этим обусловлено меньшая емкость сглаживающего конденсатора в импульсных блоках питания.

Ниже приведена схема для измерения пульсаций рис. 1 и осциллограммы, которые показывают процесс работы диодного моста с отключенный конденсатором C1 с частотой питания 50Гц рис. 2а и с частотой питания 100Гц рис. 2б.

Схема для измерения пульсаций
Рис. 1 Схема для измерения пульсаций

Процесс работы диодного моста без сглаживающего конденсатора C1 c частотой питания 50Гц
Рис. 2а Процесс работы диодного моста без сглаживающего конденсатора C1 c частотой питания 50Гц

Процесс работы диодного моста без сглаживающего конденсатора C1 c частотой питания 100Гц
Рис. 2б Процесс работы диодного моста без сглаживающего конденсатора C1 c частотой питания 100Гц

Ниже приведены осциллограммы работы схемы измерения пульсаций на нагрузке с конденсатором C1при напряжении питания с частотой 50Гц рис 3а,  а также 100Гц рис. 3б.

Напряжение пульсации на нагрузке при питании схемы напряжением с частотой 50Гц
Рис. 3а Напряжение пульсации на нагрузке при питании схемы напряжением с частотой 50Гц

Напряжение пульсации на нагрузке при питании схемы напряжением с частотой 100Гц
Рис. 3б Напряжение пульсации на нагрузке при питании схемы напряжением с частотой 100Гц

Из рис. 3а и рис.3б, видно, что при питании фильтра с нагрузкой частотой в два раза выше, пульсации снижаются в 1,65раза
Пульсации при 100Гц получаются 3,34V/2,02V = 1,65 раза меньше чем при питании от ЭС 50Гц.

Вернемся непосредственно к схеме РСП, в качестве генератора синусоидального напряжения я использовал мост Вина, а в качестве УМ применил схема на полевых транзисторах  с выходной мощностью порядка 100Вт этого вполне достаточно для моих нужд. В блоке питания РСП применен трансформатор 250Вт и диодный мост с блоком фильтра общей емкостью 39600мкф, что является более чем достаточно для данного решения. Схема блока питания представлена на рис.4

Блок питания РСП
Рис. 4 Блок питания РСП

Принцип работы РСП следующий:
При включении питания РСП происходит заряд емкостей БП и становление рабочего режима генератора синусоидальных колебаний рис.6, в это время работает soft-start создавая задержку подачи входного сигнала с генератора на УМ с помощью контактов реле замыкающих цепь выхода генератора и входа УМ.

Время работы схемы soft-start  рис. 5, задается с помощью цепи R2, С4 и рассчитывается по формуле r=R2(Mom)xC4(mkF)=t(секунд).

Схема Soft-start
Рис. 5 Схема Soft-start

По истечении времени установленного в схеме soft-start 2секунды в моем варианте, выходные усиленные колебания в УМ  с частотой 100Гц подаются на повышающий трансформатор Тр1.

Намоточные данные повышающего трансформатора Тр1 следующие:
Магнитопровод марки ОЛ55/100-40.
Габаритная мощность магнитопровода Pгаб. = 227Вт
Число витков в первичной обмотке w1=30витков, провод ПЭВ2 1,2мм
Число витков во вторичной обмотке w2=600витков, провод ПЭВ2 0,51мм

Рассмотрим работу генератора синусоидальных колебаний.
Схема генератора представлена на рис. 6. Данная схема представляет собой генератор синусоидального напряжения. Цепь R1, C1 и R2, C2 задает частоту колебаний, с указанными элементами на схеме эта частота равна 50Гц, для лучшей симметрии эти элементы должны быть достаточно точные, не хуже ±1%. Резистор R19 необходим для регулировки амплитуды выходного сигнала.

Схема генератора синусоидальных колебаний
Рис. 6 Генератор синусоидальных колебаний

После генератора синуса следует УМ для РСП, его схема представлена на рис. 7

Усилитель мощности для РСП
Рис.7 Усилитель мощности для РСП

Как видно из схемы, в состав УМ входит микросхема DA1, это ОУ от которого особенно зависит уровень искажений всего усилителя, по этой причине в данном схеме желательно ставить ОУ с низкими шумами, например NE5534 с уровнем шума 5nV√Hz. Транзисторы VT1 и VT2 необходимы для предварительной раскачки сигнала по току необходимого для выходных транзисторов VT3, VT4. Ток холостого хода задается подстроечным резистором R5, в моем варианте он равен 20mA.
Вообще в качестве УМ для этих целей идеально подходит УМ в классе "D". Его неоспоримые преимущества, а именно малое рассеивание энергии на тепло (высокий КПД) и как следствие меньшие масса и габариты делают его предпочтительнее в этой схеме. Но у таких схем есть недостатки, это дополнительная сложность намотки трансформаторов и настройки усилительного каскада. Поэтому мной было решено сделать УМ по классической схеме с минимальным током покоя для данной схемы, порядка 20мА.

Ниже приведена форма сетевого напряжения в ЭС рис.8а и после РСП рис.8б  на активной нагрузке 40Вт, а также спектрограммы гармонических искажений непосредственно в ЭС рис. 9а и после РСП рис.9б.

Форма напряжения в бытовой ЭС слева и его спектрограмма справа
Рис. 8а Форма напряжения в бытовой ЭС слева и его спектрограмма справа

Форма сетевого напряжения на выходе трансформатора РСП слева и его спектрограмма справа
Рис. 8б Форма сетевого напряжения на выходе трансформатора РСП слева и его спектрограмма справа

Из осциллограмм и спектрограмм видно, что РСП обладает заметно лучшим качеством синусоидального напряжения. Еще один плюс данного устройства как было описано выше,  отсутствие подмагничивания на питающей стороне, так как согласующий трансформатор не способен пропустить постоянную составляющую.
Гальваническая развязка выходным трансформатором также улучшает ситуацию питания аппаратуры. Дело в том, что многие пренебрегают фазировкой питающих трансформаторов  аудиоаппаратуры. По моему мнению, фазировать необходимо каждый силовой трансформатор, особенно в аппаратуре без заземления, так как при неправильной фазировке силовых трансформаторов, например УМ и источника звука (ЦАП, проигрыватель) происходит перетекание токов по оплетке межблочного кабеля с частотой 50Гц. Это легко проверить с помощью цифрового мультиметра хорошей чувствительности, для этого необходимо замерить переменное напряжение на корпусе включенного прибора относительно заземления на каждом аппарате отдельно, предварительно отключив от него все соединительные провода, кроме питающих.

При неправильной фазировке силовых трансформаторов, звучание аппаратуры ухудшается. Многие солидные производители аудиоаппаратуры в своих устройствах используют индикаторы правильного включения фазы.

Фотографии РСП в сборе
Рис. 9 Фотографии РСП в сборе

Заключение

Регенераторы сетевого питания действительно улучшают звучание аудиосистемы, так как качественное питания источника звука (ЦАП, проигрывателя) очень сильно сказывается на его работу, ведь именно источник звука имеет наибольшее разрешение во всей системе, а этот параметр сложно реализуем с плохим питанием. Также я хотел отметить, что данное устройство можно использовать и для других целей, например как стабилизатор переменного напряжения. Один мой знакомый использовал схемотехнику РСП для питания двигателя переменного тока в проигрывателе виниловых пластинок, так как в его двигателе частота вращения ротора прямо зависела от частоты питающего напряжения и он подстраивал точные обороты двигателя с помощью перестройки частоты генератора синусоидального напряжения.

Смирнов Алексей Николаевич (Alexhase), e-mail:  iron.alexey@mail.ru

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
Рис. 1 Схема для измерения пульсаций
VD1 Диодный мост1 Поиск в FivelВ блокнот
С1 Электролитический конденсатор47 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
R1 Резистор
75 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
Генератор1 Поиск в FivelВ блокнот
Осциллограф1 Поиск в FivelВ блокнот
S1 Выключатель1 Поиск в FivelВ блокнот
Рис. 4 Блок питания РСП
VR1 Линейный регулятор
LM7815
1 Поиск в FivelВ блокнот
VR2 Линейный регулятор
LM7915
1 Поиск в FivelВ блокнот
VD1-VD4 Диод20ETS084 Поиск в FivelВ блокнот
VD1-VD4 Выпрямительный диод
DF08MA
8 Поиск в FivelВ блокнот
С1-С4 Электролитический конденсатор2200 мкФ4 Поиск в FivelВ блокнот
С5, С8 Конденсатор100 нФ2 Поиск в FivelВ блокнот
С6, С7 Электролитический конденсатор470 мкФ2 Поиск в FivelВ блокнот
С9-С16 Электролитический конденсатор4700 мкФ8 Поиск в FivelВ блокнот
С17, С18 Электролитический конденсатор1000 мкФ2 Поиск в FivelВ блокнот
С19, С20 Конденсатор1 мкФ2 Поиск в FivelВ блокнот
R1, R2, R5, R6 Резистор
10 Ом
4 Поиск в FivelВ блокнот
R3, R4, R7, R8 Резистор
100 Ом
4 Поиск в FivelВ блокнот
R9-R12 Резистор
0.5 Ом
4 5 ВтПоиск в FivelВ блокнот
T1 Трансформатор250 Вт1 Поиск в FivelВ блокнот
T2 Трансформатор20 Вт1 Поиск в FivelВ блокнот
S1 Выключатель1 Поиск в FivelВ блокнот
Вилка сетевая1 Поиск в FivelВ блокнот
XT1, XT2 Разъем2 Поиск в FivelВ блокнот
РазъемGen Power1 Поиск в FivelВ блокнот
Рис. 5 Схема Soft-start
D1 Программируемый таймер и осциллятор
NE555
1 Поиск в FivelВ блокнот
D1 МикросхемаMC14069U1 Поиск в FivelВ блокнот
VR1 Линейный регулятор
LM7812
1 Поиск в FivelВ блокнот
VT1 Биполярный транзистор
КТ972А
1 Поиск в FivelВ блокнот
VD1-VD4 Диодный мост
DF08S
1 Поиск в FivelВ блокнот
VD5 Выпрямительный диод
1N4007
1 Поиск в FivelВ блокнот
С1 Электролитический конденсатор2200 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
С2 Электролитический конденсатор470 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
С3, С5, С6 Конденсатор100 нФ3 Поиск в FivelВ блокнот
С4, С7 Электролитический конденсатор47 мкФ2 Поиск в FivelВ блокнот
R1 Резистор
330 Ом
1 подборПоиск в FivelВ блокнот
R2 Переменный резистор200 кОм1 Поиск в FivelВ блокнот
R3 Резистор
100 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
R4, R5 Резистор
10 кОм
2 Поиск в FivelВ блокнот
R6 Резистор
220 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
Rel1 Реле1 Поиск в FivelВ блокнот
Рис. 6 Генератор синусоидальных колебаний
D1 Операционный усилитель
TL072
1 Поиск в FivelВ блокнот
VT1 MOSFET-транзистор
BF245A
1 Поиск в FivelВ блокнот
VD1, VD2 Диод2 Поиск в FivelВ блокнот
VD3 Стабилитрон1N7501 Поиск в FivelВ блокнот
С1-С3 Конденсатор0.22 мкФ3 Поиск в FivelВ блокнот
С4 Электролитический конденсатор2.2 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
С5 Конденсатор1 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
С6, С7 Электролитический конденсатор220 мкФ 16 В2 Поиск в FivelВ блокнот
С8, С9 Конденсатор0.1 мкФ2 Поиск в FivelВ блокнот
R1, R2, R7 Резистор
5.1 кОм
3 Поиск в FivelВ блокнот
R3 Резистор
4.7 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R4, R11 Резистор
2 кОм
2 Поиск в FivelВ блокнот
R5 Резистор
62 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R6 Резистор
8.2 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R8 Резистор
36 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R9 Резистор
1 МОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R10 Резистор
68 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R12, R13 Резистор
100 Ом
2 Поиск в FivelВ блокнот
R19 Переменный резистор22 кОм1 Поиск в FivelВ блокнот
РазъемGen signal1 Поиск в FivelВ блокнот
РазъемGen power1 Поиск в FivelВ блокнот
Рис.7 Усилитель мощности для РСП
DA1 Операционный усилитель
TL071
1 Поиск в FivelВ блокнот
VR1 Линейный регулятор
LM7812
1 Поиск в FivelВ блокнот
VR2 Линейный регулятор
LM7912
1 Поиск в FivelВ блокнот
VT1 Биполярный транзистор
КТ815А
1 Поиск в FivelВ блокнот
VT2 Биполярный транзистор
КТ816А
1 Поиск в FivelВ блокнот
VT3 MOSFET-транзистор
IRFP9240
1 Поиск в FivelВ блокнот
VT4 MOSFET-транзистор
IRFP240
1 Поиск в FivelВ блокнот
VD3, VD4 Выпрямительный диод
1N4148
2 Поиск в FivelВ блокнот
С1 Конденсатор2.2 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
С2 Конденсатор100 пФ1 Поиск в FivelВ блокнот
С3, С5, С9 Конденсатор100 нФ3 Поиск в FivelВ блокнот
С4, С6, С10, С11 Электролитический конденсатор470 мкФ4 Поиск в FivelВ блокнот
С7, С8 Конденсатор1 мкФ2 Поиск в FivelВ блокнот
R1 Резистор
47 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R2 Резистор
1 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R3, R4 Резистор
2 кОм
2 Поиск в FivelВ блокнот
R5 Подстроечный резистор5 кОм1 Поиск в FivelВ блокнот
R6, R7 Резистор
22 кОм
2 Поиск в FivelВ блокнот
R9, R10 Резистор
220 Ом
2 0.5 ВтПоиск в FivelВ блокнот
R11, R12 Резистор
33 Ом
2 0.5 ВтПоиск в FivelВ блокнот
R13, R14 Резистор
820 Ом
2 Поиск в FivelВ блокнот
R15 Резистор
10 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
R16, R17 Резистор
39 Ом
2 Поиск в FivelВ блокнот
R18, R19 Резистор
0.5 Ом
2 10 ВтПоиск в FivelВ блокнот
R20 Резистор
12 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
F1 Предохранитель4 А1 Поиск в FivelВ блокнот
Tr Трансформатор1 Поиск в FivelВ блокнот
XT Вилка сетевая1 Поиск в FivelВ блокнот
XT1, XT2 Разъем2 Поиск в FivelВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Смирнов А.Н. Опубликована: 2012 г. 0 0
Я собрал 0 0
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (7) | Я собрал (0) | Подписаться

0
КОНТУР #
Хорошая идея по синусу, не было практики повышения мощности до киловатта?
Ответить
0
Виталий #
Мощность увеличить можно естественно (увеличить мощность БП и УМЗЧ), мне не совсем понятно почему автор указал, что генератор дает 50 Гц, а на усилитель подается 100 Гц, где частота удваивается?
Ответить
0
Orion33 #
По-моему, дешевле и менее затратно поставить хороший фильтр хотя бы первого порядка и все это задавить.
Ответить
0
Артем #
Что уже не придумывают... :) И смысл?
Если у нас и так питание выпрямляется и хорошо фильтруется. Наоборот регенератор создаст дополнительные помехи частотой 100Гц. И получится фон 50Гц + 100Гц.
Если грамотно организовать питание - огород городить не надо будет. У меня карта самодельная на ЧИПах WM8804 + AD1955. Никаких артефактов и изменений не чувствую от времени суток
Ответить
0
Андрей #
По поводу утверждения:
Транзисторы VT1 и VT2 необходимы для предварительной раскачки сигнала по току необходимого для выходных транзисторов VT3, VT4.
- вызывает некоторое недоумение, так как полевые транзисторы вообще, а с изолированным затвором в частности, управляются не током, а напряжением. Вполне бы хватило КТ315, КТ361.
Идея устройства сомнительна, так как изготовление качественного фильтра менее трудоёмко и позволит избежать такого расточительства электроэнергии благодаря на порядок, а то и два, более высокому КПД. Понятно, что автор не ставил целью энергоэффективность. Но хороший фильтр получше будет.
Ответить
0
Kaban #
Верно, полевики управляются напряжением, но все дело в емкости затвора. Мощные MOSFETы имеют довольно большую емкость, соответственно нужен больший ток для ее заряда. У КТ315, КТ361 слишком малый ток к-э для раскачки данных полевиков
Ответить
0
Валера #
Зато не умрёт этот аппарат это точно и выраженное сомнение здесь не уместно.
А на счёт его пользы в жизни это не понятно, единственное полезно как для слизывания, так это генератор синуса.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется напряжение?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

iMAX B6 - зарядное для Lion, LiPo, LiFe, Pb, NiCd и NiMH аккумуляторов
iMAX B6 - зарядное для Lion, LiPo, LiFe, Pb, NiCd и NiMH аккумуляторов
FM-модуль RDA5807M Модуль измерения тока на ACS712 (30А)
вверх