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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Coche UMZCH con fuente de alimentación. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Amplificadores de potencia para automóviles El voltaje de la red de a bordo limita la potencia del UMZCH del automóvil, y esta circunstancia se puede superar utilizando un convertidor de voltaje de suministro de impulsos. El artículo describe el diseño de un potente UMZCH de dos canales con un potente convertidor incorporado basado en el microcircuito KR1114EU4. Actualmente, existen muchos modelos diferentes de radios para automóviles en el mercado de audio para automóviles. Las grabadoras de radio modernas suelen tener un amplificador de cuatro canales y la potencia de salida declarada por los fabricantes es de decenas de vatios. Pero, ¿las inscripciones en el panel frontal que indican la potencia de salida, por ejemplo, 4x40, 4x50 W, corresponden al parámetro generalmente aceptado? Más a menudo, se indica su potencia de salida máxima (generalmente con un voltaje de suministro de 14,4 V en una carga de 4 ohmios). En la práctica, la potencia nominal de salida de la radio de un coche no suele ser superior a 10... 12 W por canal [1]. Para aumentar realmente la potencia, utilice UMZCH en una conexión puente. Para una carga más potente, la radio del coche se complementa con un amplificador de potencia. Teniendo en cuenta que casi todos los sistemas de altavoces de los automóviles y los altavoces más utilizados tienen una resistencia eléctrica de 4 ohmios, el voltaje de la red de a bordo del vehículo es insuficiente, por lo que es necesario utilizar fuentes de alimentación secundarias para el UMZCH. El amplificador de potencia de dos canales para automóvil descrito aquí se combina con una fuente de alimentación conmutada. El equipo se caracteriza por un diseño de circuito simple y la disponibilidad de fabricación por radioaficionados. La potencia de salida nominal del UMZCH con un coeficiente de distorsión no lineal del 0,5% en el modo "estéreo" es de aproximadamente 2x70 W (2x4 ohmios), en el modo "mono", aproximadamente 150 W (8 ohmios). Casi no requiere configuración. Amplificador. El amplificador está fabricado sobre dos microcircuitos DA1, DA2. El circuito integrado TDA7294 es un amplificador de potencia con altas especificaciones y es relativamente económico. Las etapas final y prefinal del TDA7294 están construidas sobre transistores de efecto de campo y están protegidas contra sobrecalentamiento y cortocircuitos en la salida. Cuando la temperatura del cristal alcanza los 145°C, la unidad de protección cambia el microcircuito al modo “MUTE”, y cuando alcanza los 150°C, cambia al modo “STAND-BY”. Gracias a su amplio rango de voltaje de suministro, el TDA7294 se puede utilizar con cargas superiores a 8 ohmios sin una pérdida significativa de potencia de salida. Cuando se utilizan dos microcircuitos conectados en un circuito puente, el límite superior de resistencia se eleva a 16 ohmios. Con una elección óptima del voltaje de suministro, su potencia de salida máxima con una carga de baja impedancia (4 ohmios y menos) está limitada solo por la corriente máxima permitida de la etapa final, igual a 10 A, y alcanza los 100 W. Con un coeficiente de distorsión armónica del 0,5%, el microcircuito entrega hasta 70 W de potencia a la carga. Se puede obtener información más detallada sobre el chip en [2] o en el sitio web de ST Microelectronics. Un diagrama esquemático del UMZCH sin fuente de alimentación se muestra en la fig. una.
En el circuito propuesto no se utilizan las funciones “STAND-BY” y “MUTE”, ya que el amplificador está encendido en la fuente de alimentación. Las resistencias R1, R4 configuran la resistencia de entrada del UMZCH. Los pares de elementos R1, C1 y R4, C4 forman un filtro de paso alto en las entradas de ambos canales, limitando el ancho de banda del amplificador desde abajo. De manera similar, los elementos R2, C2 y R5, C5 en el circuito OOS determinan el límite inferior de la banda de paso. Las relaciones de resistencia R3/R2, R6/R5 establecen la ganancia del UMZCH. Con los valores indicados de los elementos R2, R3, R5, R6, la ganancia de voltaje es de 30 dB. El interruptor SA1 selecciona el modo de funcionamiento del UMZCH “Estéreo/Mono”. En el modo "Estéreo", los microcircuitos DA1 y DA2 funcionan como dos amplificadores no inversores independientes; en el modo "Mono", el amplificador DA2 pasa de ser un amplificador no inversor con una ganancia de Kj = R6/R5 + 1 a Un amplificador inversor con ganancia unitaria. La posición SA1 en el diagrama corresponde al modo "Estéreo". Cuando se utiliza el UMZCH en modo puente, el pin "+" del AC se conecta a la salida DA1 y el pin "-" a la salida DA2. Convertidor de fuente de alimentación del amplificador (Fig. 2) está construido principalmente sobre el microcircuito KR1114EU4, un análogo importado del TL494CN de Texas Instruments.
Una descripción detallada del microcircuito se puede encontrar en [3], su diagrama de bloques se muestra en la Fig. 3. Incluye un modulador de ancho de pulso (PWM) y sus circuitos de control. El microcircuito ofrece amplias oportunidades para controlar la duración de los pulsos de salida. Dado que los chips TDA7294 tienen sus propias unidades de protección, no es necesario utilizarlas en la fuente de alimentación.
El microcircuito KR1114EU4 puede funcionar tanto en convertidores push-pull como de ciclo único; El modo de funcionamiento lo establece la entrada OTS (pin 13). En esta fuente de alimentación, el pin 13 está conectado a una fuente de voltaje de referencia de +5 V y el convertidor opera en modo push-pull. El ciclo de trabajo de los pulsos puede variar en un amplio rango. Las salidas del microcircuito se pueden conectar directamente a través de las resistencias R16, R17 a las bases de los potentes transistores bipolares VT1 y VT2 del convertidor debido al gran límite de corriente de salida (hasta 200 mA). Dado que el microcircuito convertidor tiene terminales para los colectores y emisores de los transistores de salida (pines 8-11), se pueden conectar según un circuito con un emisor común o con un colector común, dependiendo de la estructura de los transistores VT1 y VT2. En el bloque descrito con transistores de estructura npn, se utiliza la segunda opción. Cuando se utilizan transistores de efecto de campo (FET de canal n) como interruptores, se deben quitar las resistencias R18 y R19. El chip KR1114EU4 tiene incorporado su propio generador de impulsos en forma de diente de sierra. Los elementos R8, C8 son temporizados y la frecuencia de generación se puede determinar mediante la fórmula f = 1/(R8C8). Cuando se opera en modo push-pull, la frecuencia del autooscilador del microcircuito debe ser el doble de la frecuencia en la salida del convertidor. Para las clasificaciones del circuito de sincronización indicadas en el diagrama, la frecuencia del generador es de aproximadamente 160 kHz y la frecuencia del pulso de salida es de aproximadamente 80 kHz. El funcionamiento estable del convertidor en un amplio rango de voltaje de suministro está garantizado por una fuente incorporada de voltaje de referencia (pin 14) +5 V. El circuito R9C7 asegura, después de encender, un aumento suave en el ancho de la unidad. pulsos de salida y la potencia en la carga. El diodo VD1 evita fallos de la unidad cuando se invierte la polaridad de la tensión de alimentación; en este caso sólo se quemará el fusible FU1. La fuente de alimentación tiene estabilización de voltaje en toda la carga gracias a la retroalimentación. Se realiza a través de las resistencias R10 - R15 de cada brazo del rectificador. Estas resistencias forman dos divisores de voltaje, a través de los cuales parte del voltaje de la salida de la fuente de alimentación se suministra a los amplificadores de error (pines 1, 15). Se utiliza una fuente de voltaje de referencia (VS) como estándar de voltaje con el que se comparan los voltajes de salida de la fuente de alimentación. Las salidas de los amplificadores de error dentro del DA1 están conectadas entre sí mediante diodos. El pin 3 es para retroalimentación local que limita la ganancia de los amplificadores. En este bloque, el pin 3 se utiliza para controlar el convertidor y los amplificadores funcionan como comparadores. Desde el transformador de impulsos T1, la tensión se rectifica mediante diodos VD2-VD5 y se suaviza mediante condensadores C11-C14. Para reducir la disipación de potencia en los microcircuitos UMZCH DA1 y DA2 y aumentar la potencia de salida máxima del amplificador, debe seleccionar correctamente el voltaje de salida del convertidor en función de la resistencia de carga. Este UMZCH está diseñado para funcionar junto con una carga de 4 Ohm en modo “Estéreo” y con una carga de 8 Ohm en modo puente. El valor de la tensión de alimentación DA1, DA2 recomendado por el fabricante para una resistencia de carga determinada es ±25. ..27 V, el convertidor de impulsos está diseñado para esta tensión. En el que se muestra en la Fig. 2, el circuito de alimentación necesita un interruptor bastante potente para encenderlo. A menudo, este método de inclusión resulta inconveniente o inaceptable. En la Fig. La figura 4 muestra un diagrama del dispositivo de control automático para la puesta en marcha del convertidor. Garantiza que el UMZCH se encienda cuando se aplica un voltaje constante de más de 20 V a la resistencia R1 o cuando se aplica una señal de audio con un valor de voltaje efectivo de al menos 15 V al condensador C0,6.
La primera opción se puede utilizar si la radio del automóvil tiene una salida para controlar dispositivos externos, por ejemplo, una antena retráctil eléctrica. Otra opción también es adecuada si hay un subwoofer instalado en el automóvil. Luego, el condensador C15 se conecta a una de las salidas del UMZCH de la radio del automóvil, y ahora el amplificador se encenderá automáticamente cuando la potencia de salida de la radio del automóvil sea superior a 0,15...0,2 W y se apagará cuando sea menor. . Es inaceptable conectar dos entradas a la radio al mismo tiempo, ya que esto podría dañarla. El condensador C16 suaviza simultáneamente las ondulaciones del voltaje de CA y retrasa el apagado del amplificador después de que desaparece la señal de entrada (con un retraso de aproximadamente 30 s). Los diodos VD7, VD8 evitan la influencia del circuito de conmutación en el funcionamiento del modulador PHI. También establecen un umbral de voltaje en el colector VT3, por encima del cual la duración de los pulsos en la salida DA3 comenzará a disminuir gradualmente y cuando alcance 4...4,5 V la fuente de alimentación se apagará. Si este amplificador se utiliza sólo para un subwoofer, necesitará una unidad cuyo diagrama se muestra en la Fig. 5. Este es un filtro de paso bajo de segundo orden con una frecuencia de corte de 80 Hz; se enciende antes de la entrada de la UMZCH. El diagrama entre paréntesis muestra las salidas del amplificador operacional del segundo canal. Los estabilizadores de voltaje integrados DA2, DA3 están instalados en el circuito de alimentación. Si planea usar el amplificador solo en modo puente, puede usar un amplificador operacional único en lugar de amplificadores operacionales duales.
Detalles y construcción. Todas las partes del amplificador y la fuente de alimentación, excepto el interruptor del amplificador SA1, el fusible FU1 y los conectores de entrada y salida (que no se muestran en el diagrama), están montados en una placa de circuito impreso hecha de una lámina de fibra de vidrio de 2 mm de espesor en un lado. El dibujo del tablero y la disposición de los elementos en él se muestran en la Fig. 6.
Como VD1, se pueden utilizar diodos de las series KD2997, KD2999 con cualquier índice de letras. Los diodos KD2997B (VD2 - VD5) se pueden sustituir por KD2997A, KD2999A, KD2999B. En lugar de los transistores KT898A (VT1, VT2), está permitido utilizar otros: KT890 con cualquier índice de letras, KT896A, KT896B, KT898B, KP958A - KP958V, KP954A - KP954V. Puede utilizar transistores de efecto de campo importados IRFZ48, IRFZ44, IRF540, IRF640, IRF530, BUZ11 A, BUZ22 o sus análogos quitando las resistencias R18, R19. Los transistores de fuente de alimentación VT1, VT2 y los chips amplificadores DA1, DA2 están instalados en disipadores de calor separados. Está permitido instalar microcircuitos en un disipador de calor sin aislamiento, pero al mismo tiempo aislarlo del cuerpo del amplificador, ya que el sustrato metálico de los microcircuitos tiene un voltaje -Arriba en relación con el cable común. Es inaceptable instalar transistores en un disipador de calor sin aislamiento. La mica se puede utilizar como material aislante. Al instalar elementos de potencia en disipadores de calor, es recomendable utilizar pasta termoconductora KPT-8, que facilitará significativamente el funcionamiento térmico de estos elementos. Los diodos VD1 - VD5 se instalan perpendiculares a la placa. El núcleo magnético del transformador de impulsos T1 está formado por tres anillos de tamaño estándar K40x25x11 fabricados con ferrita M2000NM1 pegados entre sí. Los devanados I, II se enrollan 4 vueltas con un haz de cinco cables PEV-2 de 1,2 mm. Los devanados III, IV se enrollan 10 vueltas cada uno con un haz de cuatro cables PEV-2 de 0,8 mm. Los devanados I, II y III, IV deben ser simétricos. Antes de enrollar, los bordes afilados del anillo pegado deben redondearse con una lima. Entre los devanados, se coloca aislamiento de cinta fluoroplástica en tres o cuatro capas. El transformador se instala en el centro de la placa de circuito impreso mediante una placa rectangular o redonda presionando en la parte superior con un orificio en el centro y un tornillo M5 o MB con tuerca. En el circuito de control de arranque del convertidor, cualquier diodo de silicio de baja potencia como VD1 - VD3 es adecuado, KT3102A (VT1) se reemplaza por un transistor con cualquier índice de letras de esta serie o KT315. En el filtro de paso bajo (ver Fig. 5), está permitido instalar los amplificadores operacionales KR574UD2, KR140UD20, KR544UD4. En lugar de los estabilizadores DA2, DA3, se pueden utilizar cualquier estabilizador de voltaje positivo y negativo integrado de 15 V. Debemos intentar conectar los cables de alimentación del amplificador lo más cerca posible de la batería del automóvil (en la caja de fusibles) para excluir la influencia de otros consumidores actuales. Dado que la corriente máxima consumida por el amplificador puede ser de hasta 15 A, se deben utilizar cables de gran calibre (3...5 mm2) en el circuito de alimentación. Si hay un dispositivo que es crítico para las ondas de voltaje de alta frecuencia en la red a bordo, es necesario aumentar la capacitancia C9, y si esto no produce el efecto deseado, entonces encienda un filtro de alta frecuencia en el circuito de alimentación del convertidor. Establecimiento. Si los elementos están en buen estado de funcionamiento, el amplificador comienza a funcionar inmediatamente. Sólo es necesario configurar la fuente de alimentación. Por lo tanto, es recomendable realizar la instalación y configuración en dos etapas de la siguiente manera. En la placa de circuito impreso sólo se instalan los elementos de alimentación (las piezas del amplificador no están soldadas). A continuación, se desuelda la resistencia R14 y se conecta una carga equivalente entre el cable común y la salida positiva de la fuente de alimentación: una resistencia bobinada con una resistencia de 6...7 ohmios con una potencia de al menos 100 W. Después de encender la alimentación, mida el voltaje en esta resistencia; debe estar entre 26...28 V. A continuación, la resistencia de carga aumenta a 50 ohmios. Al girar el control deslizante de la resistencia ajustada R13, se logra el mismo voltaje de salida de la fuente de alimentación que con una carga de 100 vatios. Luego se suelda R14 y se desuelda R12. La configuración del segundo circuito de estabilización es similar. Una vez que se completa la configuración, se suelda la resistencia R12. Luego se montan las piezas del UM34 y se compara la funcionalidad del dispositivo ensamblado con los equivalentes de carga del generador de audiofrecuencia. El dispositivo para encender automáticamente el amplificador (ver Fig.4) no necesita ajuste, pero si el convertidor arranca en ausencia de señales de entrada, reduzca la resistencia R21 a un valor en el que el voltaje en el colector VT1 esté dentro del rango. de 6...6,5V . Autor: A.Kolganov, Kaluga
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Comentarios sobre el artículo: jurado Dígame, por favor, ¿qué forma (en el sentido del oscilograma) debe tener el voltaje en el devanado secundario del transformador T1, antes del puente de diodos en el circuito que se muestra en la Fig. 2? Saludos Yuri. Alejandro vencer al desarrollador de este circuito transformador [abajo]
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