Устройство мягкого включения УМЗЧ: схема защиты от пусковых токов

Одной из важнейших проблем при конструировании мощной радиоаппаратуры является обеспечение ее надежности. Даже в оптимально рассчитанном аппарате существует высокая опасность выхода из строя в момент подачи сетевого питания. Наиболее уязвима в этом плане аппаратура с высоким энергопотреблением — усилители мощности звуковой частоты (УМЗЧ). Подробнее о качестве и схемотехнике УМЗЧ можно узнать в соответствующем разделе.

В момент включения в фильтрах выпрямителей разряжены оксидные конденсаторы большой емкости (до десятков тысяч микрофарад). Это вызывает в первые миллисекунды практически короткое замыкание выхода выпрямителя. При напряжении питания 45 В и емкости 10000 мкФ ток зарядки может достигать 12 А. Трансформатор питания работает в режиме КЗ, что может вывести из строя как сам трансформатор, так и диоды выпрямителя.

Помимо блока питания, перегрузки испытывает и сам УМЗЧ из-за нестационарных процессов установления режимов активных элементов. Чем выше напряжение питания, тем выше вероятность повреждений.

Существующие ранее решения (например, двухполярные стабилизаторы напряжения) часто защищали только усилитель, оставляя беззащитным блок питания, либо были слишком сложны. Предлагается простое и надежное устройство мягкого включения питания УМЗЧ, защищающее и усилитель, и трансформатор. Оно доступно для изготовления даже начинающему радиолюбителю и может быть использовано при модернизации как самоделок, так и промышленной аппаратуры.

Принцип работы схемы

Принцип действия устройства основан на двухступенчатой подаче напряжения на первичную обмотку трансформатора. В цепь первичной обмотки последовательно включен мощный балластный резистор (см. рис. 1). Его сопротивление рассчитано так, чтобы при включении напряжение на первичной обмотке составляло примерно половину сетевого.

Благодар этому в момент включения переменное напряжение вторичных обмоток и напряжение питания УМЗЧ падают в два раза. Амплитуды импульсов тока и напряжения на элементах выпрямителя резко уменьшаются, нестационарные процессы протекают «мягче».

Через несколько секунд после включения питания балластный резистор R1 замыкается контактной группой реле К1.1. На первичную обмотку подается полное напряжение сети. К этому времени конденсаторы фильтров уже заряжены до половины штатного напряжения, что исключает мощные импульсы тока. В УМЗЧ к этому моменту заканчиваются нестационарные процессы и включаются системы обратных связей.

При отключении питания контакты К1.1 размыкаются, и цикл повторяется. Устройство состоит из бестрансформаторного блока питания, таймера на электромагнитном реле и балластного резистора.

При подаче напряжения выключателем SB1 ток через токоограничивающие элементы R2 и C2 поступает на мостовой выпрямитель (VD1-VD4). Напряжение фильтруется конденсатором С3, ограничивается стабилитроном VD5 до 36 В и подается на таймер (транзистор VT1). Ток через резисторы R4 и R5 заряжает конденсатор С4. При достижении напряжения около 1,5 В транзистор VT1 открывается, реле К1 срабатывает и шунтирует резистор R1.

Детали и расчет компонентов

В конструкции использовано герметичное электромагнитное реле РЭН33 (исполнение РФ4.510.021) с рабочим напряжением 27 В и током срабатывания 75 мА. Допускается замена на РЭН18, РЭН19, РЭН34, если они коммутируют индуктивную нагрузку переменного тока 50 Гц не менее 2 А.

В качестве ключа VT1 использован транзистор с большим коэффициентом передачи тока — КТ972А (допустим КТ972Б). Если их нет, подойдут транзисторы структуры p-n-p: КТ853А/Б, КТ973А/Б. В этом случае полярность всех диодов и конденсаторов таймера следует изменить на противоположную.

При отсутствии транзисторов с высоким коэффициентом усиления можно применить схему составного транзистора (рис. 2). В качестве VT1 используйте любые кремниевые транзисторы с U_кэ ≥ 45 В и высоким коэффициентом усиления (например, КТ503Г, КТ3102Б). VT2 — транзисторы средней мощности (КТ815В/Г, КТ817В/Г). Подключение варианта составного транзистора производится в точках А-Б-В основной схемы.

Диоды выпрямителя таймера: КД226Д (допустимы КД226Г, КД105Б/Г). Конденсатор С2 — типа МБГО с рабочим напряжением не менее 400 В. Параметры цепи R2C2 обеспечивают ток около 145 мА, что достаточно для реле с током срабатывания 75 мА.

Для реле РЭН29 (ток 130 мА) емкость С2 увеличьте до 4 мкФ.
Для реле РЭН34 (ток 40 мА) достаточно 1 мкФ.

Во всех случаях рабочее напряжение конденсатора С2 должно быть не менее 400 В. Допускается использование металлопленочных конденсаторов типов К73-11, К73-17, К73-21.

Балластный резистор R1 — остеклованный проволочный ПЭВ-25. Мощность рассчитана для трансформатора около 400 Вт. Для другой мощности и половинного напряжения первой ступени сопротивление R1 рассчитывается по формуле:

R1 (Ом) = 48400 / P_раб (Вт).

Настройка и безопасность

Регулировка заключается в установке времени задержки срабатывания таймера подбором емкости конденсатора С5. Рекомендуется составить С5 из двух конденсаторов для удобства подстройки.

Важное примечание по безопасности: В авторском варианте отсутствует плавкая вставка. Хотя в штатном режиме она не нужна, при аварийных ситуациях (КЗ, пробои) роль защитного элемента берет на себя резистор R2, который перегревается и сгорает. Применение плавкой вставки более оправдано: она дешевле, надежнее и срабатывает быстрее, защищая остальные элементы. Это общепринятый способ защиты аппаратуры.

Для тех, кто интересуется акустическими системами, рекомендуем ознакомиться с проектом широкополосной АС на 4 ГД-4.

Автор: Корзинин М.

Литература: