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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Automotive UMZCH mit Netzteil. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Kfz-Leistungsverstärker Die Spannung des Bordnetzes begrenzt die Leistung des Kfz-UMZCH, und dieser Umstand kann durch den Einsatz eines schaltenden Versorgungsspannungswandlers überwunden werden. Der Artikel beschreibt den Aufbau eines leistungsstarken zweikanaligen UMZCH mit integriertem leistungsstarkem Konverter auf Basis des KR1114EU4-Chips. Derzeit gibt es auf dem Markt für Car-Audio-Geräte viele verschiedene Modelle von Autoradios. Moderne Radio-Tonbandgeräte verfügen in der Regel über einen Vierkanalverstärker und die von den Herstellern angegebene Ausgangsleistung liegt im zweistelligen Wattbereich. Aber entsprechen die Aufschriften auf der Frontplatte, die die Ausgangsleistung angeben, zum Beispiel 4x40, 4x50 W, dem allgemein akzeptierten Parameter? Häufiger wird seine Spitzenausgangsleistung angegeben (in der Regel bei einer Versorgungsspannung von 14,4 V bei einer Last von 4 Ohm). In der Praxis beträgt die Nennausgangsleistung des Autoradios üblicherweise nicht mehr als 10 ... 12 W pro Kanal [1]. Für eine echte Leistungssteigerung wird UMZCH in einer Brückenverbindung verwendet. Für eine stärkere Belastung wird das Autoradio mit einem Leistungsverstärker ergänzt. Aufgrund der Tatsache, dass fast alle Autolautsprechersysteme und die meisten weit verbreiteten Lautsprecher einen elektrischen Widerstand von 4 Ohm haben, reicht die Spannung des Bordnetzes des Fahrzeugs nicht aus, daher müssen für UMZCH sekundäre Netzteile verwendet werden. Der hier beschriebene Kfz-Zweikanal-Leistungsverstärker ist mit einem Schaltnetzteil kombiniert. Das Gerät zeichnet sich durch einen einfachen Schaltungsaufbau und die Möglichkeit der Fertigung durch Funkamateure aus. Die Nennausgangsleistung des UMZCH beträgt bei einem nichtlinearen Klirrfaktor von 0,5 % im „Stereo“-Modus ca. 2x70 W (2x4 Ohm), im „Mono“-Modus ca. 150 W (8 Ohm). Es erfordert fast keine Abstimmung. Verstärker. Der Verstärker besteht aus zwei Chips DA1, DA2. Der integrierte Schaltkreis TDA7294 ist ein Hochleistungs-Leistungsverstärker und relativ günstig. Die End- und Vorklemmenstufen des TDA7294 sind auf Feldeffekttransistoren aufgebaut und verfügen über einen Schutz gegen Überhitzung und Kurzschluss am Ausgang. Wenn die Kristalltemperatur 145 °C erreicht, schaltet die Schutzeinheit die Mikroschaltung in den „MUTE“-Modus und bei Erreichen von 150 °C in den „STAND-BY“-Modus. Aufgrund des großen Versorgungsspannungsbereichs kann der TDA7294-Chip in Verbindung mit einer Last mit einem Widerstand von mehr als 8 Ohm ohne nennenswerten Verlust der Ausgangsleistung verwendet werden. Bei Verwendung von zwei in Brückenschaltung geschalteten Mikroschaltungen steigt die Obergrenze des Widerstands auf 16 Ohm. Bei optimaler Wahl der Versorgungsspannung ist seine maximale Ausgangsleistung bei niederohmiger Last (4 Ohm und darunter) nur durch den maximal zulässigen Strom der Endstufe von 10 A begrenzt und erreicht 100 W. Mit einem Klirrfaktor von 0,5 % liefert die Mikroschaltung eine Leistung von bis zu 70 Watt an die Last. Genauere Informationen zur Mikroschaltung erhalten Sie bei [2] oder auf der Website von ST Microelectronics. Ein schematisches Diagramm des UMZCH ohne Stromversorgung ist in Abb. 1 dargestellt. eines.
Im vorgeschlagenen Schema werden die Funktionen „STAND-BY“ und „MUTE“ nicht verwendet, da der Verstärker im Netzteil eingeschaltet ist. Die Widerstände R1, R4 legen die Eingangsimpedanz des UMZCH fest. Elementpaare R1, C1 und R4, C4 bilden an den Eingängen beider Kanäle einen Hochpassfilter, der die Bandbreite des Verstärkers nach unten begrenzt. Ebenso definieren die Elemente R2, C2 und R5, C5 in der OOS-Kette die untere Grenze der Bandbreite. Die Widerstandsverhältnisse R3/R2, R6/R5 legen die UMZCH-Verstärkung fest. Bei den angegebenen Nennwerten der Elemente R2, R3, R5, R6 beträgt die Spannungsverstärkung 30 dB. Der SA1-Schalter wählt den UMZCH-Betriebsmodus „Stereo / Mono“. Im „Stereo“-Modus arbeiten die Mikroschaltungen DA1 und DA2 als zwei unabhängige nichtinvertierende Verstärker; im „Mono“-Modus verwandelt sich der DA2-Verstärker von einem nichtinvertierenden Verstärker mit einer Verstärkung von Kj = R6 / R5 + 1 in ein invertierender Verstärker mit Einheitsverstärkung. Die Position SA1 im Diagramm entspricht dem Modus „Stereo“. Bei Verwendung von UMZCH im Brückenmodus wird der Ausgang „+“ AC mit dem Ausgang DA1 und der Ausgang „-“ mit dem Ausgang DA2 verbunden. Verstärker-Stromversorgungskonverter (Abb. 2) basiert hauptsächlich auf dem KR1114EU4-Chip – einem importierten Analogon des TL494CN von Texas Instruments.
Eine detaillierte Beschreibung der Mikroschaltung finden Sie in [3], ihr Blockschaltbild ist in Abb. dargestellt. 3. Es umfasst einen Pulsweitenmodulator (PWM) und seinen Steuerkreis. Die Mikroschaltung bietet zahlreiche Möglichkeiten, die Dauer der Ausgangsimpulse zu steuern. Da die TDA7294-Mikroschaltungen über eigene Schutzknoten verfügen, besteht keine Notwendigkeit, diese im Netzteil selbst zu verwenden.
Die Mikroschaltung KR1114EU4 kann sowohl in Push-Pull- als auch in Single-Cycle-Wandlern arbeiten; Die Betriebsart wird über den OTS-Eingang (Pin 13) eingestellt. Bei diesem Netzteil ist Pin 13 mit einer +5 V-Referenzspannungsquelle verbunden und der Wandler arbeitet im Push-Pull-Modus. Das Tastverhältnis der Impulse kann in einem weiten Bereich variieren. Die Ausgänge der Mikroschaltung können aufgrund des hohen Grenzwerts des Ausgangsstroms (bis zu 16 mA) direkt über die Widerstände R17, R1 mit den Basen der leistungsstarken Bipolartransistoren VT2 und VT200 des Wandlers verbunden werden. Da der Wandlerchip über Kollektor- und Emitterausgänge für Ausgangstransistoren (Pins 8-11) verfügt, ist es möglich, diese je nach Struktur der Transistoren VT1 und VT2 nach einer gemeinsamen Emitter- oder gemeinsamen Kollektorschaltung einzuschalten. Im beschriebenen Block mit Transistoren der NPN-Struktur kommt die zweite Möglichkeit zum Einsatz. Wenn Sie Feldeffekttransistoren (n-Kanal-FETs) als Tasten verwenden, entfernen Sie die Widerstände R18 und R19. Der KR1114EU4-Chip verfügt über einen eigenen Sägezahn-Impulsgenerator. Die Elemente R8, C8 dienen zur Zeitsteuerung und die Erzeugungsfrequenz kann durch die Formel f = 1/(R8C8) bestimmt werden. Beim Betrieb im Push-Pull-Modus muss die Frequenz des Oszillators der Mikroschaltung doppelt so hoch sein wie die Frequenz am Ausgang des Wandlers. Für die im Diagramm angegebenen Werte der Zeitschaltung beträgt die Generatorfrequenz etwa 160 kHz und die Ausgangsimpulsfrequenz etwa 80 kHz. Die Stabilität des Wandlers in einem weiten Bereich von Versorgungsspannungen wird durch die eingebaute Referenzspannungsquelle (Pin 14) von +5 V gewährleistet. Die R9C7-Schaltung sorgt für eine sanfte Erhöhung der Ausgangsimpulsbreite des Geräts und der Leistung in der Last nachdem der Strom eingeschaltet wurde. Die Diode VD1 verhindert den Ausfall des Geräts, wenn die Polarität der Versorgungsspannung umgekehrt wird; In diesem Fall wird nur die Sicherung FU1 durchbrennen. Das Netzteil verfügt durch Rückkopplung über eine Spannungsstabilisierung an der Last. Dies erfolgt über die Widerstände R10 - R15 von jedem Gleichrichterzweig. Diese Widerstände bilden zwei Spannungsteiler, über die ein Teil der Spannung vom Ausgang des Netzteils zu den Fehlerverstärkern (Pins 1, 15) gelangt. Als Spannungsnormal, mit dem die Ausgangsspannungen des Netzteils verglichen werden, wird eine Referenzspannungsquelle (ION) verwendet. Die Ausgänge der Fehlerverstärker in DA1 sind über Dioden miteinander verbunden. Pin 3 dient der lokalen Rückkopplung, die die Verstärkung der Verstärker begrenzt. In diesem Block wird Pin 3 zur Ansteuerung des Wandlers verwendet und die Verstärker fungieren als Komparatoren. Vom Impulstransformator T1 wird die Spannung durch die Dioden VD2-VD5 gleichgerichtet und durch die Kondensatoren C11-C14 geglättet. Um die Verlustleistung auf den Mikroschaltungen UMZCH DA1 und DA2 zu reduzieren und die maximale Ausgangsleistung des Verstärkers zu erhöhen, müssen Sie die Ausgangsspannung des Wandlers basierend auf dem Lastwiderstand richtig auswählen. Dieser UMZCH ist für den Betrieb in Verbindung mit einer Last von 4 Ohm im „Stereo“-Modus und mit einer Last von 8 Ohm im Bridge-Modus ausgelegt. Der vom Hersteller empfohlene Wert der Versorgungsspannung DA1, DA2 für einen gegebenen Lastwiderstand beträgt ±25. ..27 V, der Pulswandler ist für diese Spannung ausgelegt. In der in Abb. 2-Stromversorgungskreis erfordert zum Einschalten einen ausreichend leistungsstarken Schalter. Oft ist diese Einbeziehungsmethode unbequem oder inakzeptabel. Auf Abb. In Abb. 4 zeigt ein Diagramm der Vorrichtung zur automatischen Steuerung des Starts des Konverters. Es stellt sicher, dass der UMZCH eingeschaltet wird, wenn am Widerstand R20 eine konstante Spannung von mehr als 1 V anliegt oder wenn am Kondensator C15 ein Audiosignal mit einem effektiven Spannungswert von mindestens 0,6 V anliegt.
Die erste Möglichkeit kann genutzt werden, wenn das Autoradio über einen Ausgang zur Steuerung externer Geräte, beispielsweise einer elektrisch ausfahrbaren Antenne, verfügt. Eine weitere Option bietet sich auch an, wenn im Auto ein Subwoofer verbaut ist. Dann wird der Kondensator C15 an einen der Ausgänge des UMZCH-Autoradios angeschlossen, und nun schaltet sich der Verstärker automatisch ein, wenn die Ausgangsleistung des Autoradios mehr als 0,15 ... 0,2 W beträgt, und schaltet sich bei weniger aus. Es ist nicht akzeptabel, zwei Eingänge gleichzeitig an das Radio anzuschließen, da es dadurch deaktiviert werden kann. Der Kondensator C16 glättet gleichzeitig Wechselspannungsschwankungen und verzögert das Ausschalten des Verstärkers nach dem Verschwinden des Eingangssignals (mit einer Verzögerung von etwa 30 s). Die Dioden VD7, VD8 verhindern den Einfluss des Schaltkreises auf den Betrieb des SHI-Modulators. Sie legen auch die Spannungsschwelle am VT3-Kollektor fest, ab der die Dauer der Impulse am DA3-Ausgang allmählich abnimmt und bei Erreichen von 4 ... 4,5 V die Stromversorgung abschaltet. Wenn dieser Verstärker nur für einen Subwoofer verwendet wird, benötigen Sie einen Knoten, dessen Diagramm in Abb. 5 dargestellt ist. 80. Dies ist ein Tiefpassfilter zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 2 Hz; Es wird vor dem Betreten des UMZCH eingeschaltet. Im Diagramm sind in Klammern die Anschlüsse des Operationsverstärkers des zweiten Kanals angegeben. Im Leistungskreis sind integrierte Spannungsregler DA3, DAXNUMX verbaut. Wenn der Verstärker nur im Brückenmodus verwendet werden soll, kann anstelle von zwei Operationsverstärkern ein einzelner Operationsverstärker verwendet werden.
Details und Design. Alle Teile des Verstärkers und der Stromversorgung, mit Ausnahme des Verstärkerschalters SA1, der Sicherung FU1 und der Ein- und Ausgangsanschlüsse (in der Abbildung nicht dargestellt), sind auf einer einseitig folierten Leiterplatte aus 2 mm dickem Glasfaser montiert. Die Zeichnung der Platine und die Lage der Elemente darauf sind in Abb. 6 dargestellt. XNUMX.
Als VD1 können Sie Dioden der Serien KD2997, KD2999 mit beliebigem Buchstabenindex verwenden. Die Dioden KD2997B (VD2 – VD5) können durch KD2997A, KD2999A, KD2999B ersetzt werden. Anstelle der Transistoren KT898A (VT1, VT2) dürfen andere verwendet werden: KT890 mit beliebigem Buchstabenindex, KT896A, KT896B, KT898B, KP958A - KP958V, KP954A - KP954V. Sie können importierte Feldeffekttransistoren IRFZ48, IRFZ44, IRF540, IRF640, IRF530, BUZ11 A, BUZ22 oder deren Analoga verwenden, indem Sie die Widerstände R18, R19 entfernen. Auf separaten Kühlkörpern sind leistungsstarke Netzteiltransistoren VT1, VT2 und Verstärker-Mikroschaltungen DA1, DA2 verbaut. Es ist zulässig, Mikroschaltungen ohne Isolierung auf einem Kühlkörper zu installieren, diesen jedoch gleichzeitig vom Verstärkergehäuse zu isolieren, da das Metallsubstrat der Mikroschaltungen eine Spannung von -Upit gegenüber dem gemeinsamen Draht aufweist. Es ist nicht akzeptabel, Transistoren ohne Isolierung auf einem Kühlkörper zu installieren. Glimmer kann als Isoliermaterial verwendet werden. Bei der Montage von Leistungselementen auf Kühlkörpern empfiehlt sich die Verwendung der Wärmeleitpaste KPT-8, die den thermischen Betrieb dieser Elemente erheblich erleichtert. Die Dioden VD1 - VD5 werden senkrecht zur Platine installiert. Der Magnetkreis des Impulstransformators T1 besteht aus drei zusammengeklebten Ringen der Größe K40x25x11 aus M2000NM1-Ferrit. Die Wicklungen I, II sind in 4 Windungen mit einem Bündel aus fünf Drähten PEV-2 1,2 mm gewickelt. Die Wicklungen III, IV sind in 10 Windungen mit einem Bündel aus vier Drähten PEV-2 0,8 mm gewickelt. Die Wicklungen I, II und III, IV müssen symmetrisch sein. Vor dem Aufwickeln müssen die scharfen Kanten des Kleberings mit einer Nadelfeile abgerundet werden. Zwischen den Wicklungen werden drei oder vier Lagen Fluorkunststoffbandisolierung verlegt. Der Transformator wird in der Mitte der Leiterplatte mithilfe einer oben aufgepressten rechteckigen oder runden Platte mit einem Loch in der Mitte und einer M5- oder Mb-Schraube mit Mutter installiert. Im Steuerkreis zum Starten des Wandlers eignen sich beliebige Siliziumdioden mit geringer Leistung wie VD1 - VD3, KT3102A (VT1) wird durch einen Transistor mit einem beliebigen Buchstabenindex aus dieser Serie oder KT315 ersetzt. Im Tiefpassfilter (siehe Abb. 5) ist der Einbau der OU KR574UD2, KR140UD20, KR544UD4 zulässig. Anstelle der Stabilisatoren DA2, DA3 können Sie alle integrierten 15 V-Positiv- und Minusspannungsstabilisatoren verwenden. Wir müssen versuchen, die Stromkabel des Verstärkers so nah wie möglich an der Autobatterie (am Sicherungskasten) anzuschließen, um den Einfluss anderer Stromverbraucher auszuschließen. Da der vom Verstärker aufgenommene Spitzenstrom bis zu 15 A betragen kann, sollten im Leistungskreis Kabel mit großem Querschnitt (3...5 mm2) verwendet werden. Befindet sich im Bordnetz ein für hochfrequente Spannungswelligkeiten kritisches Gerät, muss die Kapazität C9 erhöht werden, und wenn dies nicht den gewünschten Effekt bringt, dann ein Hochfrequenzfilter einschalten Stromversorgungsschaltung des Konverters. Einrichtung. Bei wartungsfähigen Elementen beginnt der Verstärker sofort zu arbeiten. Lediglich die Stromversorgung muss konfiguriert werden. Daher empfiehlt es sich, die Installation und Konfiguration wie folgt in zwei Schritten durchzuführen. Auf der Leiterplatte sind lediglich Stromversorgungselemente verbaut (Verstärkerteile sind nicht verlötet). Als nächstes wird der R14-Widerstand verlötet und zwischen dem gemeinsamen Draht und dem positiven Ausgang des Netzteils ein Lastäquivalent angeschlossen – ein Drahtwiderstand mit einem Widerstand von 6 ... 7 Ohm und einer Leistung von mindestens 100 Watt. Messen Sie nach dem Einschalten die Spannung an diesem Widerstand. Sie sollte im Bereich von 26 ... 28 V liegen. Außerdem wird der Lastwiderstand auf 50 Ohm erhöht. Durch Drehen des Motors des abgestimmten Widerstands R13 wird die gleiche Ausgangsspannung des Netzteils erreicht wie bei einer 100-Watt-Last. Anschließend wird R14 eingelötet und R12 ausgelötet. Die Einstellung des zweiten Stabilisierungskreises erfolgt ähnlich. Am Ende der Anpassung löten Sie den Widerstand R12. Anschließend werden die UM34-Teile montiert und die Funktionsfähigkeit des zusammengebauten Geräts auf Lastäquivalente des Tonfrequenzgenerators überprüft. Das Gerät zum automatischen Einschalten des Verstärkers (siehe Abb. 4) muss nicht konfiguriert werden, aber wenn der Wandler auch ohne Eingangssignale startet, wird der Widerstand R21 auf einen Wert reduziert, bei dem die Spannung am VT1 Der Kollektor liegt im Bereich von 6 ... 6,5 V. Autor: A.Kolganov, Kaluga
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Kommentare zum Artikel: Jury Sagen Sie mir bitte, welche Form (im Sinne des Oszillogramms) sollte die Spannung an der Sekundärwicklung des Transformators T1 vor der Diodenbrücke in der in Abb. 2 gezeigten Schaltung haben? Grüße, Yuri. Alexander den Entwickler dieser Trafoschaltung abschlagen [down]
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