Главная » Питание
Призовой фонд
на июль 2019 г.
1. 1000 руб
Паяльник
2. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
3. 100 руб.
От пользователей

LLC Резонансный ИИП для УМЗЧ - RPS300 [2019]

Данная статья посвящена LLC резонансному источнику питания для усилителей мощности звуковой частоты.

Описываемый источник питания во многом схож с источником питания о котором ранее уже была опубликована статья - LLC Резонансный ИИП на базе IRS27952 [2018]. Если описываемый в предыдущей статье импульсный источник питания был скорее макетом для испытания IRS27952, то RPS300 является полноценным законченным устройством готовым к повторению.

С момента изготовления мною первого резонансного ИИП по схеме RPS300, до написания данной статьи прошло более года. За это время мною было изготовлено три экземпляра данного источника питания на заводских печатных платах и несколько (сбился со счета), аналогичных RPS300, источников питания на самодельных печатных платах. Все они запускались сразу же после завершения сборки, без каких-либо проблем и отлично показали себя в работе. Чтобы быть до конца честным, следует добавить что некоторые, кто повторял за мной этот блок питания, с проблемами все таки сталкивались. Поэтому рекомендовать к повторению данное устройство могу только тем, кто имеет достаточный опыт и знания в сфере построения импульсных источников питания. 

Внешний вид одного из собранных экземпляров RPS300:

  

Как вы уже могли догадаться из названия, данный ИИП имеет выходную мощность 300 Вт. Кстати, о названии - аббревиатура "RPS" расшифровывается как "Resonant power suply" и переводится как "Резонансный Источник Питания". Указанные после аббревиатуры цифры - выходная мощность источника питания. Мощность в 300 Вт является расчетной (программной), ее блок питания может отдавать лишь кратковременно - непрерывно не более трех минут. Тем не менее, этого достаточно для потребностей УМЗЧ с выходной синусоидальной мощностью 2х150 Вт на реальном музыкальном сигнале. Долговременно (без ограничения по времени), блок питания способен отдавать 200 Вт. КПД блока питания: 92 - 94 %.

Схема RPS300:

Пояснения по схеме. Сетевое напряжение поступает на вход блока питания через предохранитель и термистор. Предохранитель допускается устанавливать на ток от двух до пяти Ампер, термистор на ток не менее 3 А, с сопротивлением 5 - 10 Ом (идеально подойдет термистор 10D-11). В качестве варистора RV1 допускается установка варисторов 07K431, 10K431, 14K431. Дроссель подавления электромагнитных помех (L1), должен быть выполнен на ферритовом кольце R16x12x8 или близком по габаритам. Обе обмотки дросселя должны иметь строго одинаковое количество витков и их должно быть такое количество, чтобы каждая из обмоток имела индуктивность не менее 5 мГн (лучше больше). Оптимальный диаметр провода для намотки дросселя подавления ЭМП - 0,5...0,6 мм. Конденсаторы C2 и C7 должны быть только специальными помехоподавляющими, типа X1 или X2. Они должны быть НОВЫМИ!!, выпаянные из другого блока питания конденсаторы - использовать нельзя. Конденсаторы C9 и C10 должны быть только типа Y1 или Y2, на напряжение не ниже 400 В. В случае, если в ваших розетках отсутствует заземление, то C9 и C10 устанавливать не нужно! Резисторы R1-6 предназначены для разрядки основной емкости C4. Их сопротивление может варьироваться в широком диапазоне от 100 кОм до 200 кОм (чем меньше сопротивление - тем быстрее будет разряжаться C3 после отключения блока питания). Конденсаторы C1, C3 и C5 предназначены для борьбы с высокочастотными составляющими на высоковольтной питающей шине +310 В. Допускается устанавливать один из конденсаторов, два или все из перечисленных конденсаторов (лучше все). Резисторы R8, R9, R12, R16 предназначены для первоначального старта контроллера IRS27952. Допускается в позиции R9, R12, R16 устанавливать резисторы с сопротивлением от 120 до 270 кОм. Электролитический конденсатор C6 - танталовый, на напряжение 20 - 25 В, допускается замена его на конденсатор емкостью 10 мкФ. Номиналы частотозадающих резисторов Rfmin, Rfmax, Rfss, а также емкость конденсатора софт-старта Css, необходимо рассчитывать с помощью прилагающегося к статье документа. Емкость конденсатора Ct оптимально выбрать равной 510 - 680 пФ. В качестве диодов VD3, VD4, VD7 допускается использование любых быстродействующих диодов с током не менее 1 А и обратным напряжением не ниже 600 В, например - US1M, MURS160, ES1J и других. Диоды VD1, VD5 и VD6 могут быть любыми аналогичными 4148, например - LS4148, LL4148 и другими. Конденсатор С11 должен иметь емкость 100 нФ и не более того. Номиналы затворных резисторов R10 и R11 могут меняться в зависимости от формы импульсов на затворах ключей VT1 и VT2. В качестве ключевых транзисторов можно использовать транзисторы с током стока 8 - 13 А (использовать более мощные транзисторы не имеет смысла) и напряжением сток-исток от 400 В и выше (лучше использовать транзисторы с напряжением сток-исток 500 - 600 В). Конденсатор самопитания С12 должен быть рассчитан на напряжение не ниже 400 В, лучше использовать конденсатор на 630 или 1000 В. В качестве оптопары D2 подойдет любая транзисторная оптопара, например - PC817, TLP181, PC357 и многие другие. Выходное напряжение задается с помощью двух последовательно включенных стабилитронов VD12 и VD15. В качестве силовых диодов VD10, VD11, VD13, VD14, допускается использование как диодов Шоттки серии SR5XXX, так и просто быстрых диодов серий SF5X или HER50Х. Диоды VD8 и VD9 должны иметь обратное напряжение не менее 40 В и ток 1 - 2 А, подойдут диоды - MURS120, MURS160, US2A, SS24, SS26 и другие. Емкость основных электролитов на выходе блока питания (C20 и C21), должна находится в диапазоне 2200 - 4700 мкФ. Резисторы R19-R25 предназначен для нагрузки блока питания на холостом ходу, а также для разрядки выходных емкостей при отключении питания. Номиналы данных резисторов указанные на схеме соответствуют выходному напряжению +/- 42 В. При расчете блока питания на другое выходное напряжение, необходимо пересчитать сопротивление резисторов R19-R25 из такого расчета, чтобы на каждом из резисторов выделялось 0,1 - 0,15 Вт тепла, при заданном вами выходном напряжении блока питания. Дроссели L2 и L3 выполнены на ферритовых стерженьках, состоят из 3-4 витков провода диаметром не менее 1 мм (их можно добыть из неисправного компьютерного блока питания). Резистор R26 предназначен для развязки слаботочной и сильноточной земель. Lr - дополнительная резонансная индуктивность, Cr - резонансная емкость, T1 - силовой трансформатор, все они рассчитываются с помощью специальных программ, либо по формулам из даташита IRS27952. Подробнее о расчете LLC резонансного блока питания читать тут. Особое внимание следует уделить конденсатору Cr. Он должен быть полипропиленовым, например типа CBB81, и высоковольтным (от 1000 В и выше). 

Авторский вариант блока питания рассчитан на выходное напряжение +/- 42 В. Далее будут перечислены номиналы всех элементов требующих расчета (Rfmin, Rfmax и других), а также номиналы резонансной цепи и моточные данные силового трансформатора установленные в авторском варианте RPS300. То есть, если вам так же требуется блок питания с выходным напряжением +/- 42 В, то можно ничего не рассчитывать, а использовать указанные ниже номиналы элементов и моточные данные трансформатора. 


Моточные данные трансформатора и номиналы элементов резонансной цепи:

 


Сердечник трансформатора - E40/16/12, PC40;
Количество витков первичной обмотки - 31; 
Количество витков основных вторичных обмоток - 2 х 7;
Количество витков вспомогательной вторичной обмотки - 3;
Провод первичной обмотки - литцендрат 0,1 х 40;
Провод основных вторичных обмоток - литцендрат 0,1 х 80;
Провод вспомогательной вторичной обмотки - литцендрат 0,1 х 15;
Индуктивность первичной обмотки (с разомкнутыми вторичными обмотками) - 310 мкГн +/- 5 %;
Индуктивность первичной обмотки (с замкнутыми вторичными обмотками) - 55 мкГн +/- 5 %;

Величина зазора в сердечнике трансформатора подбирается экспериментально, таким образом, чтобы получить индуктивность первичной обмотки с разомкнутыми вторичными обмотками, равную расчетному значению из программы (в авторском варианте 310 мкГн). 

Еще одна величина, которая нас очень сильно волнует и на которую обязательно нужно обратить внимание - емкость резонансного конденсатора. В авторском варианте она равна 47 нФ. 


Смотрим получившуюся передаточную характеристику:

Из нее видим, что Fmin = 52 кГц, а Fmax = 84 кГц. Подставив эти значения в калькулятор получаем номиналы частотозадающих резисторов и конденсатора софт-старта:

Получаем что: Rfmin = 12 кОм, Rfmax = 30 кОм, Rfss = 2,7 кОм; Css = 10 мкФ (при Ct = 680 пФ). Фактические значение минимальной, максимальной и частоты софт-старта, получились - 62, 84 и 252 кГц соответственно. 


Конструкция авторского трансформатора для RPS300. Трансформатор выполняется на основе сердечника E40/16/12, PC40. Каркас сердечника нуждается в доработке - необходимо вклеить перегородку, разделив каркас приблизительно на две равные части. В готовом виде это должно выглядеть примерно так:

Разделяющая пластиковая перегородка вырезается из пластика по размерам каркаса:

Перегородка должна иметь толщину 3 мм. Она может быть выполнена как из одного куска пластика толщиной 3 мм, так и из нескольких более тонких кусков пластика склеенных вместе. В авторском варианте используются две склеенные вместе перегородки каждая из которых имеет толщину 1,5 мм. 

Если перегородки установлены правильно, то каркас должен быть разделен на две равные части по 7,5 мм каждая:

После того как перегородка вклеена и клей высох, каркас готов к намотке обмоток. Первыми наматываются вторичные обмотки, которые должны размещаться в нижней части каркаса (ближе к выводам):

После намотки всех вторичных обмоток, наматывается первичная обмотка в верхней части каркаса.

Обмотки наматываются согласно следующей схеме:

На печатной плате, выводы трансформатора нумеруются следующим образом:

Неиспользуемые выводы можно удалить. 

Если все сделать правильно, то вы получите трансформатор с индуктивностью рассеивания первичной обмотки 55 мкГн +/- 5%, что автоматически означает отсутствие необходимости в дополнительном дросселе Lr. В одном из авторских вариантов RPS300, индуктивность рассеивания первичной обмотки получилось достаточной чтобы не использовать дополнительный дроссель, а в другом пришлось добавить небольшой дросселек с индуктивностью около 5 мкГн. 

Фото еще одного авторского экземпляра RPS300:


По авторскому варианту блока питания на этом все. Если вам необходим блок питания с другим выходным напряжением, придется все рассчитывать самостоятельно и придумывать свою конструкцию силового трансформатора. Подробно о том, как производится расчет LLC резонансного ИИП вы можете прочитать в предыдущей моей статье по данной теме


Под этой статьей вы сможете найти Lay-файл печатной платы RPS300.00, а также архив с гербер-файлами готовый для заказа заводских печатных плат. Кроме того, там же вы сможете найти Lay-файл альтернативной печатной платы для RPS300 от Антона Наймушина, которая так же имеет габариты 100х100 мм, может быть вами самостоятельно переведена в гербер и отправлена на завод для изготовления плат. 

Внешний вид RPS300 от Антона Наймушина:

Спасибо Антону Наймушина за предоставленные исходники его платы, а всем остальные - спасибо за внимание!

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
RPS300.00 (Авторский вариант с выходным напряжением +/- 42 В)
 
R8 Резистор
0 Ом
1 SMD 1206Поиск в Utsource В блокнот
R26 Резистор
1 Ом
1 SMD 2010Поиск в Utsource В блокнот
R7, R13, R14 Резистор
4.7 Ом
3 SMD 1206Поиск в Utsource В блокнот
R15 Резистор
4.7 Ом
1 Выводной 0,25 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R10, R11 Резистор
22 Ом
2 SMD 1206Поиск в Utsource В блокнот
R17 Резистор
510 Ом
1 SMD 1206Поиск в Utsource В блокнот
R24, R25 Резистор
3 кОм
2 SMD 1206. Необходим расчетПоиск в Utsource В блокнот
R18 - R21 Резистор
6.2 кОм
4 SMD 1206. Необходим расчетПоиск в Utsource В блокнот
R22, R23 Резистор
24 кОм
2 SMD 1206. Необходим расчетПоиск в Utsource В блокнот
R1 - R6 Резистор
120 кОм
6 SMD 1206, допускается замена на 100 - 200 кОмПоиск в Utsource В блокнот
R9, R12, R16 Резистор
270 кОм
3 SMD 1206, допускается замена на 120 - 270 кОмПоиск в Utsource В блокнот
 
Rfss Резистор
2.7 кОм
1 SMD 1206. Необходим расчетПоиск в Utsource В блокнот
Rfmin Резистор
12 кОм
1 SMD 1206. Необходим расчетПоиск в Utsource В блокнот
Rfmax Резистор
30 кОм
1 SMD 1206. Необходим расчетПоиск в Utsource В блокнот
 
RT1 Термистор10D-111 Ток не менее 3А, сопротивление 5-10 ОмПоиск в Utsource В блокнот
RV1 Варистор10K4311 или 07K431, или 14K431Поиск в Utsource В блокнот
 
C12 Конденсатор1 нФ1 SMD 1206, U2J, 400 - 1000 ВПоиск в Utsource В блокнот
C9, C10, C13 Конденсатор2.2 нФ3 400В, Y1 или Y2Поиск в Utsource В блокнот
C3, C5 Конденсатор100 нФ2 400 В, CL21Поиск в Utsource В блокнот
C8, C11 Конденсатор100 нФ2 SMD 1206, X7R, 25ВПоиск в Utsource В блокнот
C15, C19, C22, C23, C24 Конденсатор100 нФ5 63 В, CL11Поиск в Utsource В блокнот
C2, C7 Конденсатор470 нФ2 ~275 или 305В, помехоподавляющий, X1 или X2Поиск в Utsource В блокнот
C1 Конденсатор470 нФ1 400 В, CL21Поиск в Utsource В блокнот
C25, C26 Конденсатор470 нФ2 100 В, CL21Поиск в Utsource В блокнот
C14, C16 Конденсатор1 мкФ2 SMD 1206, X7R, 25 ВПоиск в Utsource В блокнот
C6 Электролитический конденсатор22 мкФ1 SMD тантал, 20-25 ВПоиск в Utsource В блокнот
C17, C18 Электролитический конденсатор220 мкФ1 25 ВПоиск в Utsource В блокнот
С4 Электролитический конденсатор330 мкФ1 400 ВПоиск в Utsource В блокнот
C20, C21 Электролитический конденсатор3300 мкФ2 50 ВПоиск в Utsource В блокнот
 
Ct Конденсатор680 пФ1 SMD 1206, NP0, 25 ВПоиск в Utsource В блокнот
Css Конденсатор10 мкФ1 SMD 1206, Y5V, 25 В. Необходим расчетПоиск в Utsource В блокнот
Cr Конденсатор47 нФ1 1000 - 2000 В, CBB81. Необходим расчетПоиск в Utsource В блокнот
 
VD1, VD5, VD6 Выпрямительный диод
LS4148
3 или LL4148Поиск в Utsource В блокнот
VD2 Стабилитрон
BZV55-C16
1 16 ВПоиск в Utsource В блокнот
VD3, VD4, VD7 Выпрямительный диод
MURS160
3 или US1M, ES1JПоиск в Utsource В блокнот
VD8, VD9 Диод Шоттки
SS24
2 или MURS120, MURS160, US2A, SS26Поиск в Utsource В блокнот
VD10, VD11, VD13, VD14 Диод Шоттки
SR5200
4 или SR5150, HER508, SF54Поиск в Utsource В блокнот
VD12 Стабилитрон
BZV55-C30
1 30 ВПоиск в Utsource В блокнот
VD15 Стабилитрон
BZV55-C12
1 12 ВПоиск в Utsource В блокнот
 
VT1, VT2 MOSFET-транзистор
2SK3568
2 или другие 8 - 13 А, 400 - 600 ВПоиск в Utsource В блокнот
 
D1 МикросхемаIRS279521 Поиск в Utsource В блокнот
D2 ОптопараPC3571 или PC817, или TLP181Поиск в Utsource В блокнот
D3 МикросхемаL78151 Поиск в Utsource В блокнот
D4 МикросхемаL79151 Поиск в Utsource В блокнот
 
L1 Дроссель подавления ЭМПL11 2 х 5 мГнПоиск в Utsource В блокнот
L2, L3 Дроссель3 мкГн2 Поиск в Utsource В блокнот
Lr Дроссель5 мкГн1 Необходим расчетПоиск в Utsource В блокнот
 
F1 Предохранитель3.15 А1 3 - 5 АПоиск в Utsource В блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 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 (18) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
0
Евгений #
Смотрится красиво, однако схема взрывоопасна, в ней есть ошибки.. Автору внимательно пересмотреть и найти их требуется.. Кто будет повторять: не забывайте включать мозги, а не тупо копировать. Замысел хороший, нужно исправить пару ошибок и должно все работать..
Ответить
+1

[Автор]
Nem0 #
Не ошибки, а опечатки... И они уже исправлены.
Ответить
0
Андрей Носов #
Не понятно назначение резистора R8, он не лишний?
Ответить
+1

[Автор]
Nem0 #
На данной плате он не лишний.
Ответить
0
Андрей Носов #
А с какой целью он там установлен?
Ответить
0

[Автор]
Nem0 #
Под ним земляная дорожка с нулевым потенциалом, если бы не было бы этого резистора, то над земляной дорожкой висел резистор между выводами которого около или более 100В. Зазоры между контактными площадками и дорожкой под резистором менее 0,5 мм. Конечно возможно заменить 0 Ом резистор дорожкой по другой стороне плате, на на данной плате там земляной полигон и чтобы не рвать его было принято решение сделать так, как сделано.
Отредактирован 08.07.2019 22:21
Ответить
-2
Smelter2 #
Смесь бульдога с носорогом, с обратной связью исключительно положительного плеча. Для балалаек D класса сойдёт. Для Hi-Fi речи быть не может.
Ответить
0

[Автор]
Nem0 #
Оо, эхсперт нарисовался))
Класс Д не может соответствовать стандарту Hi-Fi?
Вы бы для начала почитали, разобрались что такое стандарт Hi-Fi, ознакомились с его требованиями, и уже только потом высказывали свое эхспертное мнение. Кроме того, рекомендую ознакомится с тем, что же такое LLC резонансный преобразователь.
Отредактирован 02.07.2019 12:52
Ответить
0
olegpln #
На датагоре делали бп и были положительные отзывы! Обратную связь брали от слаботочки т.к. умзч противопоказана стабилизация! вообще сам хочу повторить этот бп, но на мощность 500Вт. Не могу определится с силовыми ключами. Интересно было бы снять характеристики УМЗЧ с этим бп.
Ответить
0

[Автор]
Nem0 #
Видел. Там строили LLC не на 27952, там строили на 7621 (она так себе в сравнении с 27952 по всем пунктам). Про стабилизацию вы не правы, вам аудиошизофилы нашептали, меньше их слушайте. Берите обратную связь хоть от слаботочки, хоть от основных шин - суть от этого никаким образом не меняется. Стабилизация по слаботочке - это таже самая стабилизация, только точность ее значительно хуже, а вот уже это не хорошо. Производитель микросхемы, в своем источнике питания для УМЗЧ - IRAC27951, берет обратную связь от основных шин (документ не сложно найти на сайте производителя). Ничего сложного чтобы снять 500 Вт - нет. Вообще 27952 производителем позиционируется как контроллер LLC до 1 кВт.
Отредактирован 03.07.2019 12:43
Ответить
0
perik #
На осциллограммах тока первичной обмотки в предыдущей статье наличествует несимметрия. В чем ее причина. Устранена ли она в новом валианте питальника?
Ответить
0

[Автор]
Nem0 #
Причина в работе самого источника питания, устранить ее практически невозможно или очень трудно и это необходимо делать по факту, в конкретном экземпляре блока питания т.к. форма тока зависит от многих факторов: от разброса емкостей, от изготовления и точности изготовления трансформатора, от величины мертвого времени, от частоты переключения и всего всего.
Отредактирован 04.07.2019 11:29
Ответить
0
perik #
Я спрашивал не о форме тока, которая зависит от множества факторов, что естественно, а о несимметрии положительной и отрицательной полуволн, кои должны быть одинаковы, в любом случае.
Ответить
0

[Автор]
Nem0 #
Не симметричность там наблюдается только на одном графике - при вых мощности 33 Вт. Не симметричность связана с тем, что в том блоке питания максимальная частота переключения выше резонансной и при малой нагрузке (33 Вт), блок питания как раз и работает на частоте выше резонанса. При увеличении нагрузки частота переключения снижается ниже частоты резонанса и симметричность восстанавливается (смотрите прикрепленное изображения). Будет ли не симметричность у вас, зависит лишь от вас: если максимальная частота будет ниже резонансной - то не будет.
Прикрепленный файл: 1.JPG.6fcd291616d3544c39c0efb8b2b44a08.JPG
Ответить
0
perik #
При 33Вт несимметрия максимальна. Несимметрии почти нет на 100Вт. На 276Вт несимметрия очевидна. На прикрепленном файле несимметрии я не увидел, возможно потому что это не осциллограммы. Каким образом несимметрия связана с частотой переключения? - я такой связи не вижу. Сигнал периодичен всегда и ток протекает через те же самые элементы. Я так понимаю, что Вы данной проблемой не занимались, или она для Вас не является проблемой...
Ответить
0

[Автор]
Nem0 #
Несимметничность будет всегда, когда частота переключения не будет совпадать с резонансной частотой резонансного контура. Видимо как раз при 100 Вт, частота переключения и резонансная частота ближе всего к друг другу.
Отредактирован 05.07.2019 22:16
Ответить
0

[Автор]
Nem0 #
Данная как вы выразились - "проблема", проблемой не является. Рекомендую изучить теоретическим материал по основам и принципам работы LLC резонансных преобразователей. К сожалению, ссылкой в данный момент поделиться не могу.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется сила тока?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Регулятор мощности 2 кВт
Регулятор мощности 2 кВт
Мультиметр Mastech MS8268 DC-DC регулируемый преобразователь 1.5-37В 2А с индикатором
вверх