Блок питания накала на основе импульсного источника питания

Конструкции любых блоков питания, источников тока для любых назначений. Микроконтроллеры и все, что с ними связано

Модератор: Алаев Ян

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2338
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

Блок питания накала на основе импульсного источника питания

#1

Сообщение Алаев Ян » 22 май 2014, 16:30

Все мы постоянно говорим о технологичности, удобстве и функциональности аппаратуры. Мы уже сделали свой выбор в пользу ламповой техники и в данной ситуации стоит вопрос накала радиоламп, используемых в усилителе. В этой теме я хочу обсудить именно накал всех ламп, кроме прямонакальных триодов (для них нужен специальный блок накала) и кенотронов, так как катод кенотрона находится под большим потенциалом, хотя, при возможности, я бы предпочел и для кенотронов сделать импульсный блок питания накала. Я прекрасно понимаю, что импульсный блок питания генерит помехи и прочую гадость, но мы же пользуемся кучей аппаратуры, где стоят эти импульсные блоки питания, многие из которых в непосредственной близости от усилителя.
Какие плюсы у импульсного БП - хороший КПД, бесшумность работы (у моего усилителя 2 накальных трансформатора и они чуток гудят, что не есть хорошо), технологичность. Минусы - помехи, их можно попытаться оставить за бортом усилителя, можно импульсный блок питания хоть во фрезерованный железный корпус спрятать и оттуда лишь два провода питания вывести на накал ламп, все равно это будет удобнее, чем делать накал ламп обычным способом, но дело не в удобстве, а в том, как нужно и правильно. Вот подбивают меня черти запитать накал ламп от импульсного, но специально обращаю внимание на это - высококачественного блока питания, с кучей цепей фильтрации помех и всевозможных мер по устранению всех минусов импульсного БП. Очень интересно ваше мнение об этой идее.
Последний раз редактировалось Алаев Ян 02 мар 2016, 17:33, всего редактировалось 5 раз.
Причина: Общее редактирование

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3408
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#2

Сообщение poty » 22 май 2014, 19:10

ОК! Пусть меня назовут надоедливым, но, принимая условия "игры", давайте уж оценим все "за" и "против". Сначала - названные.
1.
Yankenfox писал(а):импульсный блок питания генерит помехи и прочую гадость
И да, и нет, и даже нейтрально. Понятие "импульсный блок питания" - весьма размыто. Под это определение попадают десятки различных типов, подтипов и схеморешений, обладающих той или иной мерой электромагнитных, токовых, потенциаловых и иных наводок. Рассматривать их сейчас нет никакого практического смысла. Остановимся конкретно на применении в качестве источника питания для накала. Я предполагаю, что если (по тексту) речь зашла об эффективности, то мы имеем большие токи. Это, ну, скажем, усилитель мощности. Берём не раздумывая 6,3В, пара выходных ламп - по 2А каждая, драйвер, примерно 600мА - итого, 4,6А. Альтернативы? Питать
а) переменным током,
б) выпрямленным и отфильтрованным постоянным током,
в) выпрямленным, отфильтрованным, линейно стабилизированным и снова отфильтрованным током,
г) выпрямленным, ШИМ-модулированным, отфильтрованным током - это и есть высокоэффективный "импульсный блок питания".
Последний вариант может иметь кучу модификаций, типа двойного преобразования и проч., отличающихся степенью воздействия ШИМ на результат, но, как мне видится, в данном случае наиболее оптимальным является вариант а). Тупо, дёшево, сердито! Для больших амплитуд сигнала, коими являются сигналы в усилителях мощности, выигрыш от "чистого" накала вряд ли будет превышать 10-20дБ по шуму на НЧ, что при современных 90-100дБ схемотехнического шума - "на цвет не влияет". Вариант б) имеет право на жизнь, однако добавляет головной боли из-за потери мощности в выпрямительных элементах, конденсаторах и фильтрах, а также требует грамотной разводки земли и мер подавления ВЧ помех по питанию. Аналогичные проблемы - и с вариантом г), однако более высокочастотные нужды этого варианта требуют существенно более серьёзных мер по выбору деталей и изощрений по фильтрации. При этом, г) ещё добавляет немало г... по ЭМИ, что гораздо существеннее пульсаций результирующего напряжения в цепи накала. Вариант в), при всей его привлекательности, достаточно сложен в реализации, хотя и обладает ощущением наибольшей правильности.
Ситуация резко меняется для малосигнальных цепей. Здесь питание накала AC приводит к значительному повышению уровня шума, причём - не только низкочастотного. Для переменного тока характерно проникновение помех по земле или линиям питания. Для выпрямления - шумы выпрямления и несовершенство фильтрации, и только два последних метода вызывают доверие, правда, с оговоркой, что для г) будет хорошая развязка по ЭМИ. Что лучше? Надо смотреть дальше.
2.
Yankenfox писал(а):плюсы у импульсного БП - хороший КПД, бесшумность работы (у моего усилителя 2 накальных трансформатора и они чуток гудят, что есть хорошо), технологичность
Про бесшумность работы можно поспорить - большинство качественных трансформаторов, всё же, совсем не гудят, по крайней мере - слышимо. Импульсные БП обычно "свистят", правда, в последнее время стараются сделать частоту достаточно большой, но это приводит к тому, что фильтрация превращается в кошмар. Представим себе частоту переключения, допустим, 30кГц, практически прямоугольные импульсы... Из теории имеем, что примерная ширина полосы пропускания для прямоугольного импульса с близкой к 100% точностью (спектр прямоугольного импульса бесконечен) - это десятикратная базовая частота. Т.о., имеем последнюю существенную гармонику примерно в диапазоне 300кГц. Большинство деталей в этом диапазоне уже теряют свою эффективность, индуктивности и ёмкости начинают преобладать над резистивными импедансами... Получаем "добавление" гармоник высоких частот в сигнал, за счёт интермодуляции это превращается в слышимые гармоники...
Под технологичностью, наверное, понимаются габариты и малое теплоотделение, потому что грамотные блоки импульсные блоки питания - большая редкость и найти такой, чтобы нормально запускался при перегрузке первичного нагрева накала ламп -непросто. Теплоотделение -напрямую связано с КПД, поэтому, рассмотри этот параметр поближе.
КПД импульсного блока питания зависит от серийных и накопительных элементов. Типично применяемые транзисторы имеют сопротивление перехода в 0,01 - 0,1Ом в полностью открытом состоянии, индуктивности, ESR конденсаторов добавляют ещё как минимум 0,1-0,5Ом. Допустим, что управляющие цепи ничего сюда не добавляют. Имеем (на токе 4,6А, все значения - RMS) - примерно 0,5-2,8В падение напряжения и 2,3-13Вт рассеяния мощности. Плюс в том, что эта рассеиваемая мощность не зависит от входного напряжения. Практически монотоковое потребление накала в устоявшемся режиме лишает импульсные блоки питания другого их преимущества - незначительной зависимости мощности рассеяния от выходного тока. Зато вопросы старта при начальном сопротивлении цепей накала в 2-5 раз меньше рабочего могут вызвать проблемы.
КПД линейного блока питания наоборот, сильно зависит от входного напряжения. Правильно рассчитанный блок питания обеспечивает минимально допустимое напряжение в точке перед стабилизатором при самых неблагоприятных условиях. Что это за условия? Ну, например, когда сетевое напряжение упало на 10%. В таком случае резонно ожидать 10% снижения напряжения после выпрямления. Современные сильнотоковые регуляторы (например, LM338) работают правильно при минимальном падении напряжения примерно 2,8В. Т.о., При выходном напряжении 6,3В входное не должно опускаться ниже 9,1В, что с учётом 20% маржи не должно быть одновременно выше 10,9В. Т.о., нужно рассчитывать на максимальную рассеиваемую мощность - 21,3Вт, что, конечно, много, но вполне обслуживается вышеупомянутыми стабилизаторами. На крайний случай, можно поставить их 2, 3, 4,... Из "большого" будет только радиатор, так как сама схемная конструкция - маленькая. И вопросов старта не возникает.
Доказывает ли это преимущества того или другого? Нет. Но при проектировании приходится думать об очень многом. И, лично для меня, я предпочту очевидные и осязаемые вещи (типа тепла) труднообнаруживаемым утечкам ЭМИ и надеждам на конструктивное благоразумие изготовителей импульсных БП.
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2338
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

#3

Сообщение Алаев Ян » 23 май 2014, 00:13

Хочу сразу сказать, что я полностью разделяю позицию "Импульсным блокам питания не место в ламповой технике", но, тем не менее, хочу попытаться встать на сторону оппозиции и попытаться сопротивляться до последнего, хотя, более чем уверен, буду повержен доводами Владислава. Хочется раз и навсегда закрыть тему накала, по крайней мере для себя.
poty писал(а):Берём не раздумывая 6,3В, пара выходных ламп - по 2А каждая, драйвер, примерно 600мА - итого, 4,6А.
4.6А это еще терпимо, я рассматриваю скорее нашу предстоящую перспективу, а именно, двухтактный усилитель на 6С33С, допустим берем 6.3В накала и тогда имеем 6.6А на каждую лампу, или 13.2А на оконечный каскад, приблизительно две лампы в драйвер с общим током накала 1.2А, итого получаем 14.4А, можно считать что 15А, это еще при условии, что у нас нет всяких там кенотронов.
poty писал(а):выигрыш от "чистого" накала вряд ли будет превышать 10-20дБ по шуму на НЧ
ну, я думаю, что эти 10-20 дБ могут быть существенными для многих, согласитесь, одно дело Вы услышите в параметрах усилителя - соотношение сигнал/шум 80 дБ, другое дело 100 дБ. Я, все-таки, за чистый накал в такой ситуации.
poty писал(а):импульсный блок питания генерит помехи и прочую гадость
И да, и нет, и даже нейтрально.
т.е. шансы есть сделать импульсный блок, который не генерит помехи?
poty писал(а):в последнее время стараются сделать частоту достаточно большой, но это приводит к тому, что фильтрация превращается в кошмар.
Вот тут не совсем понятно, так как есть некоторое ощущение, что чем выше частота пульсаций, тем меньше должна быть емкость фильтрующего конденсатора, соответственно появляется возможность установить емкость большого номинала и подавить пульсации радикально. Или я не прав?
poty писал(а):Зато вопросы старта при начальном сопротивлении цепей накала в 2-5 раз меньше рабочего могут вызвать проблемы.
Можно сделать БП, управляемый от микроконтроллера, можно сделать плавный старт с любой скоростью нарастания напряжения/тока.
poty писал(а):И, лично для меня, я предпочту очевидные и осязаемые вещи (типа тепла) труднообнаруживаемым утечкам ЭМИ и надеждам на конструктивное благоразумие изготовителей импульсных БП.
Согласен, с обычными блоками питания все проще, но, допустим, мы слушаем аппаратуру дома, а в наши розетки включена куча приборов и во всех стоят различные импульсные блоки питания, которые генерят помехи в розетку, они разве не просачиваются до нашего усилителя? К чему я это, допустим, мы не уповаем на чью-то работу, мы сами спроектируем нужный нам импульсный источник питания. Допустим, сделаем ему герметичный, со всех сторон закрытый металлический корпус, со стенками толщиной 5 мм с двумя отверстиями - вход 220В и выход 6.3В 15А. Все, причем выход будет жутко отфильтрован различными фильтрами, подавляющими дифференциальную, синфазную помеху, с заграждающими фильтрами в виде высокочастотных ферритов и проходных конденсаторов и прочих ухищрений. Неужели нельзя такой блок разместить в подвале корпуса и запитать его параллельно основному вводу питания в усилитель?

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3408
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#4

Сообщение poty » 23 май 2014, 16:10

Yankenfox писал(а):двухтактный усилитель на 6С33С, допустим берем 6.3В накала и тогда имеем 6.6А на каждую лампу, или 13.2А на оконечный каскад, приблизительно две лампы в драйвер с общим током накала 1.2А, итого получаем 14.4А, можно считать что 15А, это еще при условии, что у нас нет всяких там кенотронов.
Так, решение на 6С33С - это экстремальный вариант. Фактически, триод разрабатывался для блоков питания, на крайне большой ток! Потому и мощность накала - такая большая. А зачем для экстремальных случаев использовать общепринятые подходы? Создать импульсный блок питания на 15А с перегрузочной способностью 3-5 раз - нетривиальная задача. Собственно, как и линейный вариант. И никакие микроконтроллеры этому не помогут. Посчитайте мощность такого блока питания: 15*6,3=94,5Вт, учитывая КПД - будет потребляемая - все 100Вт, с возможностью перегрузки 3-5 раз: 300-500Вт. Конечно, можно кивать на компьютерные блоки питания, но там это всё не на одной линии происходит, как правило, развязки с сетью нет, как и адекватной фильтрации, а объёмы? а вентиляторное охлаждение?
Для 6С33С идеальным решением будет последовательное соединение накалов, раздельная стабилизация накала для ламп. Получается, что нам нужно 2х12,6Вх3,6А + 1х6,3Вх1,7А. А это уже совсем достаточный коленкор для любого варианта развития событий.
Yankenfox писал(а):10-20 дБ могут быть существенными для многих, согласитесь, одно дело Вы услышите в параметрах усилителя - соотношение сигнал/шум 80 дБ, другое дело 100 дБ.
Ну, не надо меня подлавливать на словах! :) Если усилитель сможет достичь 100дБ по шумам в выходном ламповом каскаде, то там будет жуткая оптимизация ВСЕХ возможностей проникновения шума и совершенно нестандартные решения. Не уверен, что на мощных выходах это возможно...
Я говорил об обычных схемотехнических решениях. И даже на них, вполне реально свести влияние невыпрямленного накала до 5дБ. Допустим, здесь http://diyaudioprojects.com/Tubes/KT88- ... -Tube-Amp/ в обсуждении это проскальзывало не раз. Хотя и мнение "лучше - чище" там тоже присутствует! :)
Yankenfox писал(а):т.е. шансы есть сделать импульсный блок, который не генерит помехи?
Шанс есть - смотрите ту же ссылку! :)
Yankenfox писал(а):чем выше частота пульсаций, тем меньше должна быть емкость фильтрующего конденсатора, соответственно появляется возможность установить емкость большого номинала и подавить пульсации радикально.
Предлагаю найти конденсатор относительно большой ёмкости (ну, хотя бы 1мкФ), способный на частотах примерно в 200кГц обслуживать удвоенный выходной ток (в нашем случае это было 4,6А*2=9,2А), обладающий маленьким ESR. Тогда станет всё понятно.
Yankenfox писал(а):мы слушаем аппаратуру дома, а в наши розетки включена куча приборов и во всех стоят различные импульсные блоки питания, которые генерят помехи в розетку, они разве не просачиваются до нашего усилителя?
Просачиваются, но для этого и делаются биметаллические заземлённые корпуса, чтобы уменьшить помехи по ЭМИ; ставятся регенераторы питания, фильтры на входах в устройства (причём, эти фильтры стоят как на входе "нашего" устройства, так и на входе устройства с ИБП), подавители синфазных помех... - чтобы исключить проникновение "по проводам", и всё равно - включение холодильника у меня на кухне - вызывает щелчок в моём музыкальном оборудовании, если я не ставлю фильтр!
Yankenfox писал(а):допустим, мы не уповаем на чью-то работу, мы сами спроектируем нужный нам импульсный источник питания. Допустим, сделаем ему герметичный, со всех сторон закрытый металлический корпус, со стенками толщиной 5 мм с двумя отверстиями - вход 220В и выход 6.3В 15А. Все, причем выход будет жутко отфильтрован различными фильтрами, подавляющими дифференциальную, синфазную помеху, с заграждающими фильтрами в виде высокочастотных ферритов и проходных конденсаторов и прочих ухищрений. Неужели нельзя такой блок разместить в подвале корпуса и запитать его параллельно основному вводу питания в усилитель?
Ну, нужно будет отфильтровать и вход, и выход, как уже упоминалось чуть выше. А потом, после всех этих ухищрений - будет ли такой блок питания более технологичен, чем линейный? И как проверить эффективность всех этих фильтров? Есть у нас оборудование демонстрации объёмных картин распространения ЭМП, или проникновения ВЧ-шума в сигнал?
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2338
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

#5

Сообщение Алаев Ян » 23 май 2014, 17:45

poty писал(а):Есть у нас оборудование демонстрации объёмных картин распространения ЭМП, или проникновения ВЧ-шума в сигнал?
нет, к сожалению, а может быть и к лучшему.

Хорошо, допустим, убедили, что сделать для наших 6С33С импульсный блок питания накала на 15А задача очень нетривиальная.
Вот, что было предложено ранее:
poty писал(а):Альтернативы? Питать
а) переменным током,
б) выпрямленным и отфильтрованным постоянным током,
в) выпрямленным, отфильтрованным, линейно стабилизированным и снова отфильтрованным током,
[s]г) выпрямленным, ШИМ-модулированным, отфильтрованным током - это и есть высокоэффективный "импульсный блок питания"[/s].

последний пункт вычеркнул, хотя, окончательно его для себя не отбрасываю, рассматриваю варианты разбиения на части общей нагрузки и организации накала путем объединения нескольких источников питания. Например, на каждую лампу 6С33С, свой источник питания накала на 12.6В 3.6А, это около 45 Вт потребляемой мощности, думаю, с учетом КПД - не менее 60Вт мощность источника питания.

Ну, допустим, уже отказались от п. г), что будем делать для организации накала в конкретной ситуации? Останавливаемся на варианте в)???
poty писал(а):в) выпрямленным, отфильтрованным, линейно стабилизированным и снова отфильтрованным током,

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3408
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#6

Сообщение poty » 23 май 2014, 20:07

Бескомпромиссно - в).
Обычно - а).

Есть ещё промежуточный вариант - для такого экстремального случая выдумать свою конструкцию, экстремально-особенную. Например: соединить все накалы 6С33С последовательно. Получим 4*6,3В=25,2В @ 3,6А. Уже интереснее. В обычном варианте эта идея - весьма спорная, девиация параметров накала весьма велика (25%) и я бы не рекомендовал её к реализации. Однако...
Вспомним идею шунт-регулятора: входной элемент, стабилизирующий ток + регулирующий шунт. Попробуем приложить её к нашей ситуации. Используем мощный источник тока, скажем, на 3,6А, подключенный последовательно с цепочкой накалов. Параллельно каждому накалу подключаем шунт, удерживающий напряжение не более 6,3В. Т.о., самый большой ток через шунт будет (согласно datasheet) - 0,8А, при напряжении 6,3В, рассеиваемая мощность - всего-то 5,04Вт - сущая ерунда для мощного MOSFET. Решение копеечное, но переплюнет все предложенные ранее решения с лёгкостью. Особенно, если объединить источник тока с гиратором, как это сделано в известной схеме питания прямонакальных ламп. Развязка с помехами - практически полная, фильтрация - исключительная!
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2338
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

#7

Сообщение Алаев Ян » 24 май 2014, 00:07

Идея интересная и заманчивая, а как быть в этом случае с управлением 4 шунтами? У каждого из них будет разная земля, нужно 4 канала управления, например, 4 выхода ОУ, но главное, что меня беспокоит, у каждого шунта разная земля.

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3408
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#8

Сообщение poty » 24 май 2014, 00:28

Я не считаю, что необходимо сложное управление с внешним питанием, хотя, конечно, можно изготовить и такое. Широкополосность здесь не нужна - звуковых сигналов тут нет, точность - тоже ("допуски" велики). При необходимости легко можно использовать шунтовые платы от намечающегося шунт-регулятора, благо конструкция модульная.
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2338
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

#9

Сообщение Алаев Ян » 24 май 2014, 22:48

Насколько я могу судить, то если идет речь о мощном усилителе, усилителе, где стоит несколько мощных выходных ламп, то почти никто/никто не делает вариант в)
Yankenfox писал(а):в) выпрямленным, отфильтрованным, линейно стабилизированным и снова отфильтрованным током,
Полагаю, что не делают не потому, что не знают или не умеют. Все знают и умеют, просто это резкое увеличение массы и габаритов усилителя, а как обычно бывает - места всегда не хватает, поэтому, почти все усилители делают либо по варианту а), либо по варианту б). Плюс вариант в) сопровождается большим тепловыделением, которое является большой проблемой на самом деле, тепло надо как-то и куда-то рассеивать. Вариант а) хорош и удобен тем, что все просто, все понятно и передача энергии идет без особого тепловыделения (если накальный трансформатор рассчитан на правильную выходную мощность, он не греется сильнее 50-60°С). С вариантом б) добавляются нагреватели в виде диодов выпрямителя и балансным резистором, так как входное напряжение выбирают с запасом и необходимо обеспечить правильное выходное напряжение накала, редко можно попасть в точку, применив лишь диодный мост, на котором упадет нужное напряжение и остаток будет равен напряжению накала, пульсации питающего напряжения пытаются устранить путем установки емкости огромной величины, 20-30.000 мкф и даже больше. Введение линейного регулятора, вариант в) сопровождается очень большим тепловыделением на регуляторе, если речь идет о серьезных токах выходных ламп, применение охлаждающих вентиляторов возможно, но это "плохой тон", так как они шумят, а со временем и рычат и свистят, охлаждение должно быть конвекционным, естественным, а значит, это огромная железка, полагаю, в нашем случае - это целая боковая ребристая панель корпуса. Именно по этим причинам свербит применить "импульсный блок питания", преобразование 220В АС в 12.6В DC c малыми габаритами и малым тепловыделением очень прельщает, так как присутствует мысль, что остается лишь подавить помехи работы импульсного источника, а все остальное уже сделано. Вот интересно, устроить прослушивание качественного усилителя, чтобы была возможность установить и линейный и импульсный источник питания накала и посмотреть, услышит ли разницу натренированный слушатель. Очень интересно, мы ведь не просто делаем технику, мы же еще и разработчики и лаборатория, где можно и нужно проводить технические испытания подобного уровня. Очень хочется проверить реальную степень влияния указанных выше негативных факторов работы импульсного источника питания на тестовом усилителе или еще как-нибудь.
poty писал(а):как мне видится, в данном случае наиболее оптимальным является вариант а). Тупо, дёшево, сердито! Для больших амплитуд сигнала, коими являются сигналы в усилителях мощности, выигрыш от "чистого" накала вряд ли будет превышать 10-20дБ по шуму на НЧ, что при современных 90-100дБ схемотехнического шума - "на цвет не влияет"
Этот способ накала миллион раз проверен разными разработчиками и мной в том числе. Влияние фона переменного тока заметно, спасает только подъем напряжения накала выше потенциала катода (запираем паразитный диод, который возникает между катодом и нитью накала). Действительно, вариант самый простой, полагаю, самый надежный и дешевый, но для усилителя всех времен и народов мало подходит, надо что-то получше. Вариант а) надо вычеркивать как вариант для применения в усилителе высокой верности.
poty писал(а):Вариант б) имеет право на жизнь, однако добавляет головной боли из-за потери мощности в выпрямительных элементах, конденсаторах и фильтрах, а также требует грамотной разводки земли и мер подавления ВЧ помех по питанию.
Потери на диодах выпрямителя - понятно. А вот по поводу грамотной разводки земли и мер подавления ВЧ помех по питанию - не очень понятно... О каких помехах идет речь? Помехи от переключения диодов? И при чем тут земля, я представлял себе цепь накала гальванически развязанной от "земли", так как накал обычно питается от отдельной обмотки трансформатора, связь если и появляется, то лишь тогда, когда потенциал обмотки пытаются поднять выше потенциала катода, чтобы запереть паразитный диод, в общем, если можно - расскажите поподробнее, какие проблемы развязки земли ждут разработчика в этом случае.
poty писал(а):Под технологичностью, наверное, понимаются габариты и малое теплоотделение, потому что грамотные блоки импульсные блоки питания - большая редкость и найти такой, чтобы нормально запускался при перегрузке первичного нагрева накала ламп -непросто.
На самом деле, это не очень большая проблема и она легко решается путем подключения последовательно с накалом низкоомного резистора, а параллельно накалу - обмотки реле, контактная группа которого подключена параллельно ограничительному резистору. Что получается при включении, изначально накал холодный и имеет малое сопротивление, при включении пусковой ток ограничивается низкоомным ограничительным резистором, в течение пары секунд накал разогревается и на нем начинает выделяться все большая мощность, на нем так же растет падение напряжения, по мере увеличения напряжения, достигается порог срабатывания реле, которое потом замыкает собой ограничительный резистор. Такую схему я применял для 60Вт импульсного источника питания, когда питал накал 6С33С от 12.6В. Если просто включить накал напрямую к БП, то источник питания "икает" минуты 2 (т.е. срабатывает защита по току до тех пор, пока сопротивление нагрузки и пусковой ток не дойдет до необходимого уровня запуска БП, каждая попытка включиться чуток подогревает нагревать и увеличивает сопротивление, тем самым уменьшая пусковой ток).

Понятно, что такая схема запуска неприемлема и была придумана фишка с реле и ограничительным резистором, можно придумать решения и лучше, это просто было первое, что пришло на ум, как вывод, большие пусковые токи не проблема и не ограничение, чтобы отказаться от импульсного источника питания.
poty писал(а):Yankenfox писал(а):
т.е. шансы есть сделать импульсный блок, который не генерит помехи?
Шанс есть - смотрите ту же ссылку!
не совсем тут понял Вас. Не нашел там применения импульсного источника питания.
poty писал(а):Yankenfox писал(а):
чем выше частота пульсаций, тем меньше должна быть емкость фильтрующего конденсатора, соответственно появляется возможность установить емкость большого номинала и подавить пульсации радикально.
Предлагаю найти конденсатор относительно большой ёмкости (ну, хотя бы 1мкФ), способный на частотах примерно в 200кГц обслуживать удвоенный выходной ток (в нашем случае это было 4,6А*2=9,2А), обладающий маленьким ESR. Тогда станет всё понятно.
Заранее прошу прощения за надоедливость, но я реально вчитываюсь в каждое слово и пытаюсь уловить каждую мысль. Пока, мне не удалось Вас понять, не понимаю, что Вы имеете в виду, возможно, я представляю себе импульсный источник питания не так, как Вы. Я постараюсь описать ход своих мыслей, возможно, Вы найдете в них мою ошибку. Итак, как рассуждал я: Берем обычный трансформатор, работающий от сети переменного тока 50 Гц, создаем однополупериодное выпрямление, имеем пульсации с частотой 50 Гц. Ставим конденсатор 1000 мкф, для сглаживания пульсаций и запоминаем результат. Теперь делаем двухполупериодное выпрямление, получаем частоту пульсаций 100 Гц, ставим тот же конденсатор 1000 мкф и опять смотрим на результат (забыл написать, что БП нагружен постоянной нагрузкой, некий резистор). Очевидно, что при 100 Гц, пульсации по переменному току будут меньше, чем при 50 Гц, так как конденсатору приходится меньшее время отдавать накопленный заряд. Теперь я переношу эту же логику рассуждений на импульсный источник питания. Что он из себя представляет, выпрямленное высоковольтное напряжение - 220х1.41В, подается на первичную обмотку трансформатора, первичная обмотка в свою очередь "дергается" ключом/микросхемой управления, например, из серии TNY, дергается, допустим на той же частоте, что предложили Вы -30 кГц, на вторичной обмотке мы имеем переменное напряжение той же частоты, 30 кГц, дальше стоит один быстродействующий диод или диодный мост, который выпрямляет напряжение, так вот вопрос, если изначально у меня пульсации с частотой 30 кГц, почему для их выпрямления не подойдет конденсатор с меньшей емкостью, чем 1000 мкф. Чтобы обеспечить ту же эффективность подавления пульсаций. А если поставить тот же конденсатор на 1000 мкф, в моем понимании, эффективность подавления пульсаций должна быть в разы лучше, чем была в первых двух случаях. В чем я не прав???
poty писал(а):Просачиваются, но для этого и делаются биметаллические заземлённые корпуса, чтобы уменьшить помехи по ЭМИ
Что это, биметаллические корпуса? Первый раз про такое слышу.

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3408
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#10

Сообщение poty » 25 май 2014, 01:25

Для того, чтобы ответить на все эти вопросы, придётся написать учебник. Я на это не способен.
Рассуждать об импульсных блоках питания "в общем" крайне сложно, поскольку в каждом из них есть узкое место, иначе бы их не было придумано столько много. Поэтому постараюсь ответить кратко на то, что смогу (кратко):
Yankenfox писал(а):если идет речь о мощном усилителе, усилителе, где стоит несколько мощных выходных ламп, то почти никто/никто не делает вариант в)
Абсолютно точно. Для самодельщиков главное - простота, значит - только а). Для производителей средней руки - главное сэкономить (а использование чего-то другого, кроме а) не даёт конкурентного оглушающего успеха). Для Hi-End часто главное - концептуальность и уверенность в непогрешимости выбранного пути. Концепции включают в себя: "чем тяжелее слушать - тем лучше для музыки" (как пример, обсуждаемый нами в другой ветке баланс НЧ детонации, которую никто не слышит, но это - ай-яй-яй, и рокота который все слышат, но это не мешает слушать музыку); лишняя деталь в схеме - хуже звук... и другие весьма забавные вещи. И часто ничего не вписывается в эти концепции лучше, чем тупое-претупое а). И я с этим, в принципе, согласен. Нет места в корпусе, не знаешь, как с теплом управляться - делай, как получается. Но мы-то говорим о том, как сделать так, как лучше!
Yankenfox писал(а):Введение линейного регулятора, вариант в) сопровождается очень большим тепловыделением на регуляторе, если речь идет о серьезных токах выходных ламп
Решение должно приниматься в каждом конкретном случае. Я уже писал, что с учётом всех добавок в случае с импульсным источником питания, тепловыделение может быть и не таким страшным фактором. Я описывал выше один из способов обойти "тепловое ограничение", есть ещё достаточное количество таких способов в линейных регуляторах.
Yankenfox писал(а): применить "импульсный блок питания", преобразование 220В АС в 12.6В DC c малыми габаритами и малым тепловыделением
Можно примеры в студию? Ну, допустим, хотя бы на 15А.
Yankenfox писал(а):остается лишь подавить помехи работы импульсного источника, а все остальное уже сделано
Есть готовые линейные блоки питания на такие мощности, где всё сделано окончательно.
Yankenfox писал(а):Вот интересно, устроить прослушивание качественного усилителя, чтобы была возможность установить и линейный и импульсный источник питания накала и посмотреть, услышит ли разницу натренированный слушатель.
Yankenfox писал(а):Не нашел там применения импульсного источника питания.
Я позволю себе объединить часть вопросов одним ответом. К сожалению, он лишь из основной статьи, не было времени привести примеры сравнений из связанного со статьёй форума:
" I use a generic, inexpensive 12 volt, 3 amp SMPS to power heaters as it is cheap, very compact and provides clean well regulated power. A conventional transformer, rectifier, and filter could be used. The windings on the Edcor power transformer are 6 volts and would be satisfactory for group "A" tubes. For group "B" tubes as bigger transformer is needed. Generally, it is a bit easier (and cheaper) to get the required power at 12 volts at 2 amps than at 6 volts and 4 amps. Losses are lower for one. AC could be used on the heaters as well. It would most likely increase the noise floor a bit. If you are at all like me, you hate hum and noise. I would stick to SMPS for the heaters in all but "budget" builds of these amplifiers. "
Но на форуме абсолютно точно есть сравнение всех трёх вариантов питания накала.
Yankenfox писал(а):Влияние фона переменного тока заметно, спасает только подъем напряжения накала выше потенциала катода (запираем паразитный диод, который возникает между катодом и нитью накала).
Yankenfox писал(а):по поводу грамотной разводки земли и мер подавления ВЧ помех по питанию - не очень понятно... О каких помехах идет речь? Помехи от переключения диодов? И при чем тут земля, я представлял себе цепь накала гальванически развязанной от "земли", так как накал обычно питается от отдельной обмотки трансформатора, связь если и появляется, то лишь тогда, когда потенциал обмотки пытаются поднять выше потенциала катода, чтобы запереть паразитный диод
В первом варианте, скорее всего - проблема с наводками от проводов, а не с проникновением через ёмкость накал-катод, хотя если это решается подъёмом по питанию, то, скорее всего, изначально у накала не было референса совсем. Без референса на землю возникает петля из массы распределённых ёмкостей, собирающая на своём пути много пульсаций по питанию и других ЭМ воздействий. Т.е. ОБЯЗАТЕЛЬНО соединять по ВЧ цепь накала на землю! Кроме того, возникает вероятность, что "карма" сложится неудачно и напряжение накал-катод превысит пробивное. Этот процесс лучше контролировать, подавая нужный потенциал в накальную цепь. В промышленных устройствах ВСЕ потенциально опасные цепи обязаны быть замкнуты на защитную землю, поэтому промышленно выпускаемые приборы однозначно такое соединение имеют.
ВЧ-помехи - это внешние синфазные и противофазные помехи, помехи от гистерезиса трансформатора, от переключения диодов, от резонансных шумов, дросселей, конденсаторов...
Что касается схемы заземления: как правило, мало народу задумывается о схеме "звезда" при разводке накала. Как правило, проще соединить всё последовательно. Иногда делят на левый и правый каналы, но и это - тоже не 100%.
По поводу конденсаторов. В теории - всё правильно, выше частота - меньше конденсатор, подавляющий эту частоту. Однако, здесь мы имеем дело со спектром гармоник, простирающимся, например, от 30кГц до 300кГц и выше, поэтому конденсатор должен "уметь" и низшую частоту отфильтровать, и высшую. Чем больше частота, тем хуже параметры конденсатора (увеличивается тангенс потерь, уменьшается ёмкость из-за ESL, ...). Конденсатор должен иметь достаточную ёмкость, чтобы "обслуживать" низшую частоту, и добротность, чтобы не пасовать перед верхней. Если для 50-100Гц 1см провода - это практически перемычка, то для 300кГц - это уже индуктивность. Отсюда и сложность со схемами фильтраций.
Yankenfox писал(а):Что это, биметаллические корпуса?
Это стальной корпус с омеднением внутренней, внешней или обеих поверхностей. Сталь экранирует от магнитной составляющей, медь (которая часто соединена по всей площади омеднения за счёт специальных средств) - от электрической. Сейчас без этого HiEnd не делают.
Последний раз редактировалось Алаев Ян 25 май 2014, 13:32, всего редактировалось 1 раз.
Причина: Общее редактирование
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2338
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

#11

Сообщение Алаев Ян » 25 май 2014, 13:37

poty писал(а):применить "импульсный блок питания", преобразование 220В АС в 12.6В DC c малыми габаритами и малым тепловыделением
Можно примеры в студию? Ну, допустим, хотя бы на 15А.
Вот, например http://www.ebay.com/itm/DC12V-5A-8A-10A-12A-15A-1 ... nt_ET&var=&hash=item58a6acda48

180W Switching Switch Power Supply Driver for LED Strip Light DC 12V 15A

Brand new and high quality
Switching Power Supply Driver for LED Strip Light
1. Efficient work and low temperature
2. Comes with the functions of overvoltage protection, short circuit protection and overload protection
3. Constant voltage output to ensure the stability of the power supply
4. With the anti-interference function to ensure the long lifespan of LED lamps.
Power: 180W
Input: AC110V/ 220V
Output: 12V DC
Output current: 15A
Shell material: Metal case
Protection: Overvoltage protection, short circuit protection and overload protection
Working temperature: -10 to 50 degree Celsius
Storage temperature: -20 to 60 degree Celsius
Environmental humidity: 10-95%
Dimension: about 19.8 x 9.8 x 4.2 cm

[upd=1401010739][/upd]
poty писал(а):Есть готовые линейные блоки питания на такие мощности, где всё сделано окончательно.
если можно, тоже сбросьте ссылку, работать с готовыми модулями, возможно проще и удобнее, чем начинать разработку с нуля.

[upd=1401015114][/upd]
poty писал(а):Т.е. ОБЯЗАТЕЛЬНО соединять по ВЧ цепь накала на землю!
если правильно понимаю, то не обязательно создавать определенный потенциал накала с помощью референса, но обязательно нужно соединить накал с землей через конденсатор, так?

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3408
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#12

Сообщение poty » 25 май 2014, 21:29

Пример линейного регулятора - http://www.ebay.com/itm/12V-15A-TESTED-Linear-Pow ... ltDomain_0&hash=item2ecfdde605
Однако, я настаиваю на том, что этот путь - лобовой и неправильный.
Присланная ссылка по импульсным блокам питания меня несколько удивляет. Нужно понимать, что общий КПД вряд ли будет выше 90%, при 180Вт, мы должны будем эти 18Вт рассеять. Нужно смотреть реально, в каких условиях должен работать этот блок питания. Например, он может быть рассчитан на внешнее вентилирование. Ок! Пусть он даже 95% КПД. 9 Вт - та же проблема. И как будет вести себя этот блок при двухкратной начальной перегрузке? Коммутация 15А - нетривиальная задача, резистор на половину мощности (90Вт)-тоже штука непростая.
Что касается референса накала, то здесь нужно учитывать множество факторов. Конденсатор на землю - лишь фактор исключения ВЧ петли. Есть ещё разность потенциалов между множеством катодов и множеством накалов. Хорошо, если всё это находится в достаточно низковольтном диапазоне, а если нет? Причём, учитывать нужно не статику, а динамику!
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2338
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

#13

Сообщение Алаев Ян » 25 май 2014, 21:49

poty писал(а):Нужно смотреть реально, в каких условиях должен работать этот блок питания. Например, он может быть рассчитан на внешнее вентилирование. Ок! Пусть он даже 95% КПД. 9 Вт - та же проблема. И как будет вести себя этот блок при двухкратной начальной перегрузке?
если БП требует принудительного вентилирования, то вентилятор встраивается сразу в корпус БП. Если его нет, то он может работать "как есть" просто можно его положить на стол. Он, конечно, не холодный, градусов до 50 он разогревается, но это не проблема. Мы на работе используем подобные блоки питания, только они не NoName, а фирмы meanwell. По поводу работы на перегрузке, там срабатывает защита и выходное напряжение "садится" почти до нуля и с небольшим интервалом БП пытается запуститься, проверяя не устранилась ли причина перегрузки, в народе - режим "икания". Отличные БП, работают безупречно, отказов и проблем с ними не замечено.

[upd=1401040495][/upd]
poty писал(а):Однако, я настаиваю на том, что этот путь - лобовой и неправильный.
я не уловил, о каких ухищрениях Вы говорили выше, чтобы используя линейный регулятор для цепей накала сделать все не лобовым, а каким-то хитрым способом, чтобы получилось правильно. Если можно, опишите поподробнее, пожалуйста.

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3408
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#14

Сообщение poty » 26 май 2014, 19:32

Yankenfox писал(а):о каких ухищрениях Вы говорили выше, чтобы используя линейный регулятор для цепей накала сделать все не лобовым, а каким-то хитрым способом
"Лобовой" подход для больших токов, как правило, состоит в каких-либо внешних устройствах увеличения тока. Допустим, ставим мощный биполярный транзистор, в управлении им ставим относительно маломощный регулятор - и, вуаля! - всё работает.
Power Transistor.jpg
Увеличение тока с помощью внешних транзисторов
При таком подходе транзистор (а часто приходится ставить несколько транзисторов параллельно) будет рассеивать значительную мощность (на транзисторе должно оставаться примерно два напряжения перехода, при таких токах, на практике, остаётся и больше). Кроме того, одновременно получить два "правильных" параметра (большое усиление при большом токе) можно только в мощных дарлингтонских сборках, а это - и дорого, и требует ещё большего падения напряжения на регулирующем элементе.
Выходом из этой ситуации является распараллеливание. Опять же, одним из способов является распараллеливание регуляторов. Современные линейные регуляторы имеют очень маленький разброс выходных напряжений (<1мВ), поэтому могут работать с минимальным балластом. Пример такого применения можно найти, например, в этой статье. Смотрите рисунок 7 и 8. При использовании 3А регуляторов для получения 15А нужно 5 регуляторов. Как правило, все они используют один задающий резистор и общие входные и выходные цепи, так что остальная часть схемы не меняется.
Но мы снова получаем "общее кормило", из которого в дальнейшем производим распределение. А нужно оно нам?
Второй способ состоит в распараллеливании цепей. Как минимум, мы можем сделать отдельные регуляторы для левого и правого каналов. Получится, что нам нужно в каждом канале регулятор по 7,5А. Это уже очень близко к регулятором максимальной мощности (до 7А). С другой стороны, я бы разделил в каждом канале жадные до тока выходные лампы (2х7,2А в нашем случае для 6С33С при последовательном соединении накалов в лампе) и нежадные входные 2х0,35А. И, наконец, жадные выходные накалы выходных ламп разделил бы на 4 выхода по 3,6А (ничего последовательно не соединяя). При этом, это не означает, что мне нужно делать 5 выпрямителей: диодный мост, первичная фильтрация - общая, далее - общий Vin и Vadj с задающими цепями - раздельные Vout. Получаем те же 5 регуляторов, но с независимыми выходами.
Multiple outputs.jpg
Использование изолированных выходов
Третий способ (это то, что предлагал я ранее): определяем максимальный ток. В нашем случае он будет 3,6А Добавляем немного, скажем, в общем будет 3,65А. Делаем (в нашем случае) следующую цепочку:
"+" Источник напряжения 56,7В + дельта + напряжение, необходимое для источника тока
|
Источник тока 3,65А
|
6С33С - 1.1 || шунт на 6,3В
|
6С33С - 1.2 || шунт на 6,3В
|
6С33С - 2.1 || шунт на 6,3В
|
6С33С - 2.2 || шунт на 6,3В
|
6С33С- 3.1 || шунт на 6,3В
|
6С33С - 3.2 || шунт на 6,3В
|
6С33С - 4.1 || шунт на 6,3В
|
6С33С - 4.2 || шунт на 6,3В
|
драйвер_1 || драйвер_2 || пред_1 || пред_2 || шунт на 6,3В
|
"-"
И получаем распределённую тепловую нагрузку, регулируемое напряжение на индивидуальных лампах и оптимум по соединениям.
Я всё! :)
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2338
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

#15

Сообщение Алаев Ян » 27 май 2014, 14:47

Очень оригинальные идеи! Нигде не встречал их в практическом применении, но, реально здорово придумано! "+1".

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2338
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

#16

Сообщение Алаев Ян » 30 май 2014, 01:04

Случайно попалось в инете...
EKATH-B01.jpg
EKAT-Inside.jpg
Обратите внимание, какие блоки стоят для накала ламп. Я не говорю, что это хорошо, просто лампы Emission Lab - это почти верх предала мечтаний... и рядом с ними поставить эти блоки питания накала??? Вот так бывает.

[upd=1401397673][/upd]
Еще и трансформаторы lundahl transformers, просто слов нет... такая комплектация и так организован накал ламп.

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3408
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#17

Сообщение poty » 30 май 2014, 12:52

Наверное была задача создать компактное устройство, основной достопримечательностью которого являются лампы. У них получилось! :)
Тут ещё один момент... Я так понимаю, судя по свечению ламп - имеем прямонакальные лампы? Или я ошибаюсь?
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2338
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

#18

Сообщение Алаев Ян » 30 май 2014, 14:27

poty писал(а):Я так понимаю, судя по свечению ламп - имеем прямонакальные лампы? Или я ошибаюсь?
да, это 300В, прямонакалы в чистом виде!

[upd=1401446866][/upd]
Не, обманул, но не сильно... это EML-30, но, на самом деле 300В от Emission Lab выглядят почти так же.
EML-30-Parafeed-Linestage.jpg
[upd=1401446958][/upd]
кстати, очень оригинальное включение выходного трансформатора

Аватара пользователя
poty
Профи
Профи
Сообщения: 3408
Зарегистрирован: 24 мар 2014, 10:00
Откуда: Россия, Москва
Благодарил (а): 22 раза
Поблагодарили: 38 раз

#19

Сообщение poty » 30 май 2014, 17:42

Прямонакальники - всегда извратная вещь. Как-то уже выкладывалась картинка "DC, or not DC"! Поэтому, наверное, сделали как получилось. Как мне кажется, схема не очень "бьётся" с конструкцией. Например, в конструкции нет кена, а есть пара обычных диодов. Вместо дросселей, как я понимаю - гираторы стоят, а накал включен классически, через пару сопротивлений.
Такое включение трансформатора называется токовым. Если заменить анодный дроссель на источник тока, то получим общепринятую схему. Хорошо с точки зрения линейности выходного транса - нет подмагничивания. Плохо - потому что есть контур высокой добротности из конденсатора и паразитной индуктивности транса со своей резонансной частотой..
Владислав

Аватара пользователя
Алаев Ян
Основатель Форума
Сообщения: 2338
Зарегистрирован: 19 мар 2014, 12:05
Откуда: Саратов
Благодарил (а): 29 раз
Поблагодарили: 16 раз
Контактная информация:

#20

Сообщение Алаев Ян » 31 май 2014, 16:50

poty писал(а):Как мне кажется, схема не очень "бьётся" с конструкцией.
да, поддерживаю, тут действительно представлена какая-то промежуточная схема.
poty писал(а):Вместо дросселей, как я понимаю - гираторы стоят
Редко встречающаяся практика. Ни разу не приходилось видеть, чтобы вместо дросселей ставили гираторы. Если не трудно, нарисуйте, пожалуйста, приблизительную схему, как это у них могло бы быть реализовано. Мне очень интересно.

Закрыто
  • Похожие темы
    Ответы
    Просмотры
    Последнее сообщение