Устройство автомобильного усилителя
Несмотря на всё многообразие автомобильных усилителей их схемотехника схожа. Давайте узнаем, как устроен рядовой усилитель для авто.
Начнём с блока питания или инвертора. Дело в том, что сам усилитель питается от бортового аккумулятора 12V. А усилительная часть требует двухполярного напряжения ±25 вольт, а иногда и больше.
На печатной плате усилителя обнаружить преобразователь не сложно, его выдаёт тороидальный трансформатор и куча электролитов.
Преобразователь на плате усилителя CALCELL.
А это уже усилитель Lanzar VIBE. Преобразователь занимает половину печатной платы.
В большинстве случаев преобразователь строится на базе микросхемы ШИ-контроллера TL494CN, которую легко обнаружить в блоках питания AT от ПК.
В мои руки попали несколько автоусилителей китайской сборки (CALCELL, Lanzar VIBE, Supra, Fusion). Во всех этих усилителях применялась схема преобразователя весьма похожая на ту, что опубликована в журнале "Радио" ("Трёхканальный УМЗЧ для автомобиля", автор В. Горев, №8 от 2005 года, стр. 19-21). Вот данная схема.
Отличие данной схемы от тех, что применяются в промышленных образцах автоусилителей — это другая элементная база, а также применение одного вторичного выпрямителя (здесь их два). В серийных образцах также отсутствуют компенсационные дроссели (2L2 — 2L3, 2L4 — 2L5) и, соответственно, электролиты 2С9, 2С10, 2С13, 2С14. От всей этой цепи остаются только ёмкие электролитические конденсаторы на 3300 — 4700 мкФ (35 — 50V) на выходе преобразователя (2С11, 2С12).
На входе преобразователя для фильтрации помех от бортовой сети устанавливается П-образный фильтр (LC-фильтр + ёмкостной фильтр). Он состоит из дросселя на ферритовом кольце (2L1) и двух электролитических конденсаторов (на схеме – 2С8, 2С21). Иногда, чтобы увеличить общую ёмкость конденсаторов, ставят несколько конденсаторов и соединяют их параллельно. Конденсаторы выбираются на рабочее напряжение 25V (реже 35V) и ёмкостью от 2200 мкФ.
Кроме этого в промышленных схемах цепи перевода из дежурного режима в рабочий выполнены на базе маломощных транзисторов. В приведённой же схеме для включения усилителя используется обычное электромагнитное реле на 12V.
В усилителях CALCELL, Lanzar VIBE, Supra в цепях обвязки микросхемы TL494CN установлена цепь из нескольких биполярных транзисторов. При подаче +12 на клемму «REM» (Remote – "управление") происходит запуск преобразователя – усилитель включается.
Схема инвертора – двухтактный преобразователь. В качестве ключевых транзисторов используются полевые N-канальные MOSFET транзисторы (например, IRFZ44N – аналог STP55NF06, STP75NF75) Также могут применяться и более мощные аналоги IRFZ46 — IRFZ48. Чтобы увеличить мощность преобразователя в каждом плече устанавливается по 2, а иногда и по 3 MOSFET-транзистора, а стоки их соединяются.
Благодаря этому через транзисторы можно прокачать значительный импульсный ток. Нагрузкой стоков полевых транзисторов являются 2 обмотки импульсного трансформатора. Он тороидальный, то есть в виде кольца с обмотками провода довольно большого сечения.
Так как с импульсного тороидального трансформатора напряжение снимается импульсное, то его нужно выпрямить. Для этих целей служат два сдвоенных диода. Один имеет общий катод (MURF1020CT, FMQ22S), а другой общий анод (MURF1020N, FMQ22R). Диоды эти непростые, а быстрые (Fast), рассчитанные на прямой ток от 10 ампер.
В результате на выходе получаем двухполярное напряжение ±25 — 27V, которое требуется для "раскачки" мощных выходных транзисторов усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ).
О важных мелочах. Чтобы отремонтировать автоусилитель в домашних условиях, необходим блок питания на 12V и ток несколько ампер. Я использую либо компьютерный блок питания или блок 12V(8А), который приобрёл для светодиодной ленты. О том, как подключить автомобильный усилитель дома читайте тут.
Правильное питание от LOUD SOUND
1. Главное — питание. С него надо начинать аудиосистему.
2. Лучшее питание должно быть у самого мощного усилителя — как правило у усилителя сабвуфера
3. Как выбрать толщину провода?
Очень просто — прочитайте 100500 статей про выбор толщины провода, закончите курсы «школоты автозвука», сделайте сложные расчеты на логарифмической линейке и обязательно закончите курс «теоретические основы электротехники» в каком-нибудь вузе.
- до 800 Ватт — 4Ga (25кв),
- 800+ Вт — 2 Ga (35кв),
- 1,5 кВт и больше — 0ga (50 кв)
Для наглядности — если запитать усилитель тонкой проволокой — она накалится до красна. Если при этом она будет в силиконовой оплетке. ну вы поняли.
- под капотом
- и на самом большом потребителе (как правило моноблоке) —
5. Забудьте про конденсаторы (накопители).
Единственная польза от конденсатора — это вольтметр, если он на нем есть, если же нет — польза от конденсатора только продавцу конденсаторов. Конденсатор стоит не дешево — купите лучше провод потолще или дополнительный АКБ
6. Как выбрать дополнительный АКБ?
В идеале — он должен быть точно такой же как и под капотом, еще лучше — если они будут оба новые.
- оба АГМ,
- либо оба литий.
7. Как подключать доп АКБ? Реле, переходники — на. все это — просто соедините плюс с плюсом и минус с минусом.
8. Помимо сильных потребителей — не забывайте про самый слабый — ГУ (магнитолу) — не запитывайте ее от прикуривателя или от рандомной проводки, на которой найдете плюс и минус.
Не ленитесь — тащите и плюс и минус от туда же, откуда взяли питание на усилки. Так будет ниже риск получить наводки и магнитола не будет выключаться, когда вы заводите автомобиль.
9. Генератор очень важен. Если опустить кучу теории — генератор нужно выбирать так — на каждый киловатт мощности нужен генератор 80 А + АКБ 69-70 Ач. 
Это конечно идеальная картина и часто в системах потребляющих 4 кВт стоят штатные гены на 100А и пара АКБ.
Но если генератора будет не достаточно — АКБ будут постоянно разряжаться, пока играет музыка и в конце концов вольтаж начнет падать.
Короче, что бы не париться — люксовая приора с родным геной и родным не дохлым АКБ может иметь стабильную аудиосистему около 2 кВт. Еще проще — кикс тысячник и пару сабов в 1Ом = гена 115-120 А + АКБ 70 Ач. Играть будет 🙂
10. Никогда не покупайте алюминиевый провод. Даже объяснять не буду — просто не покупайте! Только медь!
11. Чем промышленный кабель отличается от брендовых автомобильных?
Во-первых сечением — он будет тоньше, но благодаря цене — выгоднее будет купить две протяжки промышленного, чем одну автомобильного и в итоге получить большее сечение за меньшие деньги.
Во-вторых — гибкостью — автомобильный будет более гибкий, с ним будет проще работать.
В третьих — презентабельностью.
В четвертых — лужением. Автомобильные луженые провода дольше не окисляются. На что это влияет? Ни на что 🙂
12. Предохранители. Выбрать предохранитель очень просто — прилагаю таблицу выбора предохранителей
13. Минус нужно тянуть от АКБ, не тащить одну протяжку плюса, а минус брать с кузова, а тащить ОБА провода от АКБ. Если система не мощная — можно и с кузова, но лучше делать все по уму, ведь если система не мощная, то и провода не дорогие, а значит не нужно экономить пять метров провода — лучше сразу сделать как надо.
Минус должен быть такого же или большего сечения чем плюс, не меньше!
14. Где располагать предохранители?
Предохранитель должен стоять на каждом плюсовом силовом проводе как можно ближе к плюсовой клемме АКБ. 
Если АКБ два — то на проводе должно быть два предохранителя — возле каждой плюсовой клеммы.
Не ставьте преды возле усилителей — это бесполезно. Предохранитель в случае короткого замыкания (КЗ) должен обесточивать весь провод. Пример — произошло КЗ где то по центру кузова, предохранитель возле усилителя сгорел и усилитель и кусок провода от него до преда — обесточен, но весь остальной провод под напряжением! Если пред сгорает возле АКБ — провод по всей длине кузова обесточен!
Схемотехника блоков питания автомобильных усилителей
Преобразователь напряжения в схеме блоков питания автомобильных усилителей, как и любой источник питания, имеет некоторое выходное сопротивление. При питании от общего источника между каналами многоканальных усилителей звука возникает взаимосвязь, которая тем больше, чем выше выходное сопротивление источника питания. Оно, обратно пропорционально мощности преобразователя.
Одной из составляющих выходного сопротивления блока питания становится и сопротивление питающих проводов. В моделях высокого класса для питания выходных каскадов усилителя мощности звука используют медные шины сечением 3. 5 мм. Это наиболее простое решение проблем с питанием усилителя звука, улучшающее динамику и качество звучания.
Конечно, повысив мощность источника питания, взаимное влияние каналов можно уменьшить, но полностью исключить его нельзя. Если же использовать для каждого канала отдельный преобразователь, проблема снимается. Требования к отдельным источникам питания при этом можно заметно снизить. Обычно уровень переходного затухания автомобильных усилителей с общим блоком питания составляет для бюджетных моделей 40. 55 дБ, для более дорогих — 50. 65 дБ. Для автомобильных усилителей звука с раздельными блоками питания этот показатель превышает 70 дБ.
Преобразователи напряжения питания делятся на две группы — стабилизированные и нестабилизированные. Нестабилизированные заметно проще и дешевле, но им свойственны серьезные недостатки. На пиках мощности выходное напряжение преобразователя снижается, что приводит к увеличению искажений. Если увеличить мощность преобразователя, это снизит экономичность при малой выходной мощности. Поэтому нестабилизированные преобразователи применяются, как правило, в недорогих усилителях с суммарной мощностью каналов не более 100. 120 Вт. При более высокой выходной мощности усилителя предпочтение отдается стабилизированным преобразователям.
Как правило, блок питания смонтирован в одном корпусе с усилителем (на рис. 1 показана моноплата автомобильного усилителя звука с раздельными преобразователями напряжения питания), но в некоторых конструкциях он может быть выполнен в виде внешнего блока или отдельного модуля. Для включения автомобильного усилителя в рабочий режима усилителя используется управляющее напряжение от головного аппарата (вывод Remote). Потребляемый по этому выводу ток минимален — несколько миллиампер — и никак не связан с мощностью усилителя. В автомобильных усилителях обязательно используется защита от короткого замыкания нагрузки и от перегрева. В ряде случаев имеется также защита акустичеких систем от постоянного напряжения в случае выхода из строя выходного каскада усилителя. Эта часть схемы для современных автомобильных усилителей стала практически типовой и может отличаться незначительными изменениями.
Автомобильные усилители имеют еще одну особенность. Обычно компоненты аудиосистемы удалены друг от друга и для их соединения используются относительно длинные соединительные кабели длина которых в автомобиле может достигать десятка и более метров. Чтобы исключить образование паразитного контура чувствительного к наводкам, приходится принимать специальные меры. Прежде всего нужно стремиться к тому, чтобы в системе была одна точка заземления (точка соединения с «массой» автомобиля), но это условие не всегда можно выполнить. Для уменьшения уровня помех общий провод входных цепей блока питания и общий провод его выходных цепей имеют полную гальваническую развязку или связаны через резистор R1 сопротивлением порядка 1 кОм, как показано на рисунке 2. В зависимости от места и способа монтажа усилителя, линий питания и связи для достижения минимального уровня наводок может понадобиться и непосредственное соединение первичных и вторичных цепей.
Рис. 2 Схема стабилизированного блока питания автомобильного усилителя звука «Monacor НРВ 150»
В первых автомобильных усилителях в блоках питания использовались преобразователи напряжения, выполненные полностью на дискретных элементах. Пример такой схемы стабилизированного блока питания автомобильного усилителя звука «Monacor НРВ 150» (рис. 2). На схеме сохранена заводская нумерация элементов.
Задающий генератор выполнен на транзисторах VT106 и VT107 по схеме симметричного мультивибратора. Работой задающего генератора управляет ключ на транзисторе VT101. Транзисторы VT103, VT105 и VT102, VT104 — двухтактные буферные каскады, улучшающие форму импульсов задающего генератора. Выходной каскад выполнен на параллельно включенных биполярных транзисторах VT111, VT113 и VT110, VT112. Согласующие эмиттерные повторители на VT108 и VT109 питаются пониженным напряжением, снимаемым с части первичной обмотки трансформатора. Диоды VD106 — VD111 ограничивают степень насыщения выходных транзисторов. Для дополнительного ускорения закрывания этих транзисторов введены диоды VD104, VD105. Диоды VD102, VD103 обеспечивают плавный запуск преобразователя. С отдельной обмотки трансформатора напряжение, пропорциональное выходному, подается на выпрямитель (диод VD113, конденсатор С106). Это напряжение обеспечивает быстрое закрывание выходных транзисторов и способствует стабилизации выходного напряжения.
Недостаток биполярных транзисторов — высокое напряжение насыщения при большом токе. При токе 10. 15 А это напряжение достигает 1 В, что значительно снижает КПД преобразователя и его надежность. Частоту преобразования не удается сделать выше 25. 30 кГц, в результате растут габариты трансформатора преобразователя и потери в нем.
Применение полевых транзисторов в блоке питания повышает надежность и экономичность. Частота преобразования во многих блоках превышает 100 кГц. Появление специализированных микросхем, содержащих на одном кристалле задающий генератор и цепи управления, значительно упростило конструкцию блоков питания для мощных автомобильных усилителей.
Рис. 3 Упрощенная схема нестабилизированного преобразователя напряжения питания автомобильного усилителя «Jensen»
Упрощенная схема нестабилизированного преобразователя напряжения питания четырехканального автомобильного усилителя «Jensen» приведена на рис. 3 (нумерация элементов на схеме условная).
Задающий генератор преобразователя напряжения собран на микросхеме KIA494P или TL494 (отечественный аналог — КР1114ЕУ4). Цепи защиты на схеме не показаны. В выходном каскаде, помимо указанных на схеме типов приборов, можно использовать мощные полевые транзисторы IRF150, IRFP044 и IRFP054 или отечественные КП812В, КП850. В конструкции использованы отдельные диодные сборки с общим анодом и с общим катодом, смонтированные через изолирующие теплопроводящие прокладки на общем теплоотводе вместе с выходными транзисторами усилителя.
Трансформатор можно намотать на ферритовом кольце типоразмера К42х28х10 или К42х25х11 с магнитной проницаемостью μэ=2000. Первичная обмотка намотана жгутом из восьми проводов диаметром 1,2 мм, вторичная — жгутом из четырех проводов диаметром 1 мм. После намотки каждый из жгутов разделен на две равные части, и начало одной половины обмотки соединено с концом другой. Первичная обмотка содержит 2×7 витков, вторичная — 2×15 витков, равномерно распределенных по кольцу.
Дроссель L1 намотан на ферритовом стержне диаметром 16 мм и содержит 10 витков эмалированного провода диаметром 2 мм. Дроссели L2, L3 намотаны на ферритовых стержнях диаметром 10 мм и содержат по 10 витков провода диаметром 1 мм. Длина каждого стержня 20 мм.
Подобная схема блоков питания с незначительными изменениями используется в автомобильных усилителях с суммарной выходной мощностью до 100. 120 Вт. Варьируются число пар выходных транзисторов, параметры трансформатора и устройство цепей защиты. В преобразователях напряжения более мощных усилителей вводят обратную связь по выходному напряжению, увеличивают число выходных транзисторов.
Для равномерного распределения нагрузки и уменьшения влияния разброса параметров транзисторов в трансформаторе токи мощных транзисторов распределяют на несколько первичных обмоток. Например, в преобразователе блока питания автомобильного усилителя «Lanzar 5.200» использовано 20! мощных полевых транзисторов, по 10 в каждом плече. Повышающий трансформатор содержит 5 первичных обмоток. К каждой из них подключено по 4 транзистора (параллельно по два в плече). Для лучшей фильтрации высокочастотных помех возле транзисторов установлены индивидуальные конденсаторы сглаживающего фильтра суммарной емкостью 22000 мкФ. Выводы обмоток трансформатора подключены непосредственно к транзисторам, без использования печатных проводников.
Поскольку автомобильным усилителям звука приходится работать в очень тяжелом температурном режиме, для обеспечения надежной работы в некоторых конструкциях используются встроенные вентиляторы охлаждения, продувающие воздух через каналы теплоотвода. Управление вентиляторами осуществляется с помощью термодатчика. Встречаются устройства как с дискретным управлением («включен-выключен»), так и с плавной регулировкой скорости вращения вентилятора.
Наряду с этим, во всех усилителях используется термозащита блоков. Чаще всего она реализуется на основе термистора и компаратора. Иногда применяют стандартные компараторы в интегральном исполнении, но в этой роли чаще всего используют обычные микросхемы операционных усилителей ОУ. Пример схемы устройства термозащиты используемой в уже рассмотренном четырехканальном автомобильном усилителе «Jensen» приведен на рис. 4. На схеме, нумерация деталей условная.
Термистор Rt1 имеет тепловой контакт с корпусом усилителя вблизи выходных транзисторов. Напряжение с термистора подано на инвертирующий вход ОУ. Резисторы R1 — R3 вместе с термистором образуют мост, конденсатор С1 предотвращает ложные срабатывания защиты. При длине проводов, которыми термистор подключен к плате, около 20 см уровень наводок от блока питания достаточно велик. Через резистор R4 осуществляется положительная обратная связь с выхода ОУ, превращающая ОУ в пороговый элемент с гистерезисом. При нагреве корпуса до 100 °С сопротивление термистора снижается до 25 кОм, компаратор срабатывает и высоким уровнем напряжения на выходе блокирует работу преобразователя.
Выходные транзисторы усилителя и ключевые транзисторы преобразователя питания чаще всего применяют в пластиковых корпусах, ТО-220. К теплоотводу их крепят либо винтами, либо пружинными клипсами. У транзисторов в металлических корпусах теплоотвод несколько лучше, но поскольку устанавливать их нужно через специальные теплоотводящие прокладки, монтаж их намного сложнее, поэтому используют их в автоусилителях значительно редко, только в самых дорогих моделях.
Какие питания идут к машинному усилителю
Доброе время суток браться и сёстры по паяльнику и припою.
Сегодня я открываю тему по питанию автомобильных усилителей мощности, от сети переменного тока 220 В, то есть от розетки.
В этой теме будут выкладываться и описываться наработки и способы подключения таких усилителей. Надеюсь, что тема станет полезной и найдёт своих читателей и активных участников.
Итак рассмотрим несколько вариантов питания таких усилителей, вне автомобиля.
1-й — достаточно простой и в то же время эффективный, но довольно громоздкий и требующий обслуживания, -это просто принести аккумулятор 12в*50-70А/ч с гаража и подключить к нему усилитель дома, используя при этом довольно толстый провод.При этом мы ограничены в ёмкости аккумулятора, тем самым ограничивая время работы. Следовательно нам придётся периодически отсоединять аккумулятор и заряжать его в гараже от автомобиля, либо зарядного устройства.
2-й — способ, он вытекает из первого, отличие лишь в том, чтобы параллельно с аккумулятором , подключить сразу зарядное устройство, либо другой блок питания, который будет компенсировать потери в процессе работы. Таким образом мы получаем "буферную ёмкость" , в роли которой выступает наш аккумулятор, при этом ёмкость аккумулятора может быть совсем не большой, достаточно взять аккумулятор на 12в*7-12А/ч , что в ряде случаев значительно удобнее.
Тем более аккумулятор у нас будет практически всегда в заряженном состоянии, по крайней мере "глубокий разряд" ему не грозит.
К тому же такой аккумулятор зачастую герметичный, а следовательно никаких вредных выделений и запахов мы не получим. Безусловно можно применить и обычный автомобильный аккумулятор, но здесь придётся выбирать между комфортом (да и здоровьем в том числе) и простотой.
3-й — способ. Подключить достаточно мощный компьютерный блок питания. Для этого потребуется его включить — замкнув "зелёный" провод с любым из чёрных. Питание подаём с "жёлтого" и "чёрного" , при этом берём во внимание, что ток, который будет проходить по этим проводам, будет несколько десятков ампер, следовательно таких проводов нужно взять несколько штук, хотя бы 5-6 — не меньше.
Но здесь мы можем столкнутся с проблемой "просадки" напряжения под нагрузкой. В первую очередь это касается дешёвых блоков питания, у которых стабилизация выходного напряжения реализована сразу по всем линиям. Таким образом у нас без нагрузки будет 12в, а под нагрузкой может снизится даже до 10 В. Для исправления ситуации, в какой то степени. Нам понадобится намерено нагрузить другие линии, а именно линию +5 В , для этого достаточно подключить к ней нагрузку потребляющую 1-2А, в простейшем случае лампу накаливания. Но этот способ годится как самый примитивный и большой мощности мы всё равно не получим. Гораздо эффективнее дело обстоит с блоками питания, у которых реализована стабилизация напряжения независимо по всем шинам. В таком случае , нам не понадобится ничего "вешать" на линию +5 В и блок питания будет исправно работать , отдавая нам практически всю мощность по этой линии. Вот только такие блоки питания довольно дорогостоящие и подавляющее большинство владельцев автомобильных усилителей, дважды подумает, перед тем как приобрести такой блок питания.
4-й — вариант, он простой до безобразия и в тот же момент достаточно эффективный, нам понадобится блок питания для светодиодов или низковольтных ламп накаливания на 12 В, такие блоки питания продаются достаточно большой мощности и в ряде случаев их можно соединять параллельно, для повышения отдаваемой мощности в нагрузку. В них зачастую предусмотрена стабилизация выходного напряжения и даже есть возможность его подстройки в небольших пределах, что очень нам на руку. Из недостатков , разве что — цена, снова таки цена, продавцы порой необоснованно завышают цены на модели с током от 12 А и более, а для запитки усилителя, нам как раз и нужен блок питания с током минимум 12 А, а желательно 30 А. Но здесь есть выход, хотя и порой сомнительный, — покупка через интернет у китайского производителя. Бывает так, что получите посылку с тем за что заплатили, а бывает и получите сюрприз, причём весьма не радостный. Так что в каком то смысле — это лотерея.
5-й — вариант. На мой взгляд, он самый эффективный из всех выше перечисленных, но требует понимая основ электроники и хоть каких то навыков работы с паяльником и измерительными проборами. А именно:
нам потребуется открыть крышку усилителя и припаять 3 провода к тому месту на плате, где у нас установлены конденсаторы вторичного питания с преобразователя напряжения, далее аккуратно выводим их за пределы корпуса и подключаем , либо обычный трансформатор с двумя вторичными обмотками, диодным мостом и парой ёмких конденсаторов, либо двухполярный импульсный блок питания. В обоих вариантах, следует учитывать номинальное напряжение питания усилителя и требуемую мощность. Таким образом у нас усилитель будет работать не хуже чем в автомобиле, причём лишний раз не напрягая преобразователь напряжения, к тому же нам не потребуется использовать "провода в палец" толщиной.
6-й — вариант. Его я могу назвать разновидностью 2-го, так как здесь используется достаточно мощный трансформаторный блок питания, дополнить который можно узлом стабилизации. Вот только габариты и масса, такого блока питания, будут достаточно внушительными (мягко говоря).
7-й — вариант. Он чем то напоминает предыдущий, а так же 4-й . Просто взять и изготовить самим импульсный блок питания, который бы нам обеспечил выходное напряжение в районе 12-16 В, при токе от 30 А и более. Реализовать его можно как стабилизированным, так и не стабилизированным. Второй вариант значительно проще в реализации, не требует много компонентов и довольно легко повторяем, при этом имея минимум настроек. Как раз его мы сегодня и рассмотрим подробнее.
Представленный в этом видео-уроке блок питания, способен обеспечить питанием достаточно мощный автомобильный усилитель, при этом сам усилитель нам вскрывать не потребуется, а значит задача так же упрощается. Но так как везде есть свои плюсы и минусы, наш блок не лишён и их, а именно основным из них является то, что он не стабилизированный, хотя по сути это не так нам и важно, ведь наш потребитель не особо капризный в этом плане. Следует учесть так же и неоспоримое преимущество перед аналоговым блоком питания в том, что он имеет меньший вес, габариты, а так же значительно меньшие просадки по напряжению, так как амплитудное значение напряжения практически равно действующему значению, а следовательно как под большой нагрузкой так и при не большой (всё в нашем мире относительно) — наш блок питания будет достаточно стабильно удерживать напряжение в достаточно небольшом диапазоне, чего нам будет вполне достаточно.
Итак — желаю приятного просмотра.
Так же я прикреплю архив с схемой и печатной платой для данного блока питания.