UMZCH automobile avec alimentation. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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La tension du réseau de bord limite la puissance de l'UMZCH automobile, et cette circonstance peut être surmontée en utilisant un convertisseur de tension d'alimentation à découpage. L'article décrit la conception d'un puissant UMZCH à deux canaux avec un puissant convertisseur intégré basé sur la puce KR1114EU4.

Actuellement, il existe de nombreux modèles différents d’autoradios sur le marché pour les équipements audio automobiles. Les magnétophones radio modernes disposent généralement d'un amplificateur à quatre canaux et la puissance de sortie déclarée par les fabricants se situe en dizaines de watts. Mais les inscriptions sur le panneau avant, indiquant la puissance de sortie, par exemple 4x40, 4x50 W, correspondent-elles au paramètre généralement accepté ? Le plus souvent, sa puissance de sortie maximale est indiquée (en règle générale, avec une tension d'alimentation de 14,4 V sous une charge de 4 ohms).

Dans la pratique, la puissance de sortie nominale de l'autoradio ne dépasse généralement pas 10 ... 12 W par canal [1].

Pour une réelle augmentation de puissance, UMZCH est utilisé en connexion pont. Pour une charge plus puissante, l'autoradio est complété par un amplificateur de puissance. Étant donné que presque tous les systèmes de haut-parleurs de voiture et la plupart des haut-parleurs largement utilisés ont une résistance électrique de 4 ohms, la tension du réseau de bord du véhicule est insuffisante, c'est pourquoi des alimentations secondaires doivent être utilisées pour l'UMZCH.

L'amplificateur de puissance automobile à deux canaux décrit ici est combiné à une alimentation à découpage. L'équipement se distingue par une conception de circuit simple et la possibilité de fabrication par des radioamateurs. La puissance de sortie nominale de l'UMZCH avec un facteur de distorsion non linéaire de 0,5% en mode "Stéréo" est d'environ 2x70 W (2x4 Ohms), en mode "Mono" - environ 150 W (8 Ohms). Cela ne nécessite pratiquement aucun réglage.

Amplificateur. L'amplificateur est réalisé sur deux puces DA1, DA2. Le circuit intégré TDA7294 est un amplificateur de puissance haute performance et relativement bon marché. Les étages final et pré-terminal du TDA7294 sont construits sur des transistors à effet de champ, ils sont protégés contre la surchauffe et les courts-circuits en sortie. Lorsque la température du cristal atteint 145°C, l'unité de protection fait passer le microcircuit en mode "MUTE", et lorsqu'il atteint 150°C - en mode "STAND-BY".

Grâce à la large plage de tensions d'alimentation, la puce TDA7294 peut être utilisée avec une charge avec une résistance supérieure à 8 ohms sans perte significative de puissance de sortie. Lors de l'utilisation de deux microcircuits connectés en circuit en pont, la limite supérieure de la résistance s'élève à 16 ohms. Avec le choix optimal de la tension d'alimentation, sa puissance de sortie maximale à une charge à faible résistance (4 ohms et moins) n'est limitée que par le courant maximum admissible de l'étage final, égal à 10 A, et atteint 100 W. Avec un facteur de distorsion harmonique de 0,5%, le microcircuit délivre une puissance allant jusqu'à 70 watts à la charge. Des informations plus détaillées sur le microcircuit peuvent être obtenues auprès de [2] ou sur le site Web de ST Microelectronics.

Un schéma de principe de l'UMZCH sans alimentation est illustré à la fig. une.

Dans le schéma proposé, les fonctions "STAND-BY" et "MUTE" ne sont pas utilisées, puisque l'amplificateur est allumé sur l'alimentation. Les résistances R1, R4 définissent l'impédance d'entrée de l'UMZCH. Des paires d'éléments R1, C1 et R4, C4 forment un filtre passe-haut aux entrées des deux canaux, limitant la bande passante de l'amplificateur par le bas. De même, les éléments R2, C2 et R5, C5 de la chaîne OOS définissent la limite inférieure de la bande passante. Les rapports de résistance R3/R2, R6/R5 définissent le gain UMZCH. Avec les valeurs nominales spécifiées des éléments R2, R3, R5, R6, le gain de tension est de 30 dB.

Le commutateur SA1 sélectionne le mode de fonctionnement UMZCH "Stereo / Mono". En mode "Stéréo", les microcircuits DA1 et DA2 fonctionnent comme deux amplificateurs non inverseurs indépendants ; en mode "Mono", l'amplificateur DA2 passe d'un amplificateur non inverseur avec un gain de Kj = R6 / R5 + 1 en un amplificateur inverseur à gain unité. La position SA1 sur le schéma correspond au mode "Stéréo". Lors de l'utilisation d'UMZCH en mode pont, la sortie "+" AC est connectée à la sortie DA1, et la sortie "-" à la sortie DA2.

Convertisseur d'alimentation d'amplificateur (Fig. 2) est construit principalement sur la puce KR1114EU4 - un analogue importé du TL494CN de Texas Instruments.

Une description détaillée du microcircuit peut être trouvée dans [3], son schéma fonctionnel est présenté sur la Fig. 3. Il comprend un modulateur de largeur d'impulsion (PWM) et son circuit de commande. Le microcircuit offre de nombreuses possibilités de contrôler la durée des impulsions de sortie. Les microcircuits TDA7294 possédant leurs propres nœuds de protection, il n'est pas nécessaire de les utiliser dans l'alimentation elle-même.

Le microcircuit KR1114EU4 peut fonctionner à la fois dans des convertisseurs push-pull et monocycle ; le mode de fonctionnement est défini par l'entrée OTS (broche 13). Dans cette alimentation, la broche 13 est connectée à une source de tension de référence +5 V et le convertisseur fonctionne en mode push-pull. Le rapport cyclique des impulsions peut varier dans une large plage. Les sorties du microcircuit peuvent être connectées directement via les résistances R16, R17 aux bases des puissants transistors bipolaires VT1 et VT2 du convertisseur en raison de la valeur limite élevée du courant de sortie (jusqu'à 200 mA).

Étant donné que la puce du convertisseur possède des sorties collecteur et émetteur pour les transistors de sortie (broches 8 à 11), il est possible de les activer selon un émetteur commun ou un circuit collecteur commun, en fonction de la structure des transistors VT1 et VT2. Dans le bloc décrit avec des transistors de structure npn, la deuxième option est utilisée. Lorsque vous utilisez des transistors à effet de champ (FET à canal N) comme clés, retirez les résistances R18 et R19.

La puce KR1114EU4 possède son propre générateur d'impulsions en dents de scie. Les éléments R8, C8 sont des timings et la fréquence de génération peut être déterminée par la formule f = 1/(R8C8). Lors du fonctionnement en mode push-pull, la fréquence de l'oscillateur du microcircuit doit être deux fois plus élevée que la fréquence à la sortie du convertisseur. Pour les valeurs du circuit de synchronisation indiquées dans le schéma, la fréquence du générateur est d'environ 160 kHz et la fréquence d'impulsion de sortie est d'environ 80 kHz.

La stabilité du convertisseur dans une large plage de tensions d'alimentation est assurée par la source de tension de référence intégrée (broche 14) +5 V. Le circuit R9C7 permet une augmentation en douceur de la largeur d'impulsion de sortie de l'unité et de la puissance dans la charge. après la mise sous tension. La diode VD1 empêche la panne de l'unité lorsque la polarité de la tension d'alimentation est inversée ; dans ce cas, seul le fusible FU1 sautera.

L'alimentation a une stabilisation de tension au niveau de la charge grâce au feedback. Elle s'effectue à travers les résistances R10 - R15 de chaque bras du redresseur. Ces résistances forment deux diviseurs de tension, à travers lesquels une partie de la tension de la sortie de l'alimentation va aux amplificateurs d'erreur (broches 1, 15). En tant qu'étalon de tension avec lequel les tensions de sortie de l'alimentation sont comparées, une source de tension de référence (ION) est utilisée. Les sorties des amplificateurs d'erreur à l'intérieur de DA1 sont connectées entre elles via des diodes. La broche 3 est destinée au retour local limitant le gain des amplificateurs. Dans ce bloc, la broche 3 est utilisée pour piloter le convertisseur et les amplificateurs font office de comparateurs. A partir du transformateur d'impulsions T1, la tension est redressée par les diodes VD2-VD5 et lissée par les condensateurs C11-C14.

Pour réduire la dissipation de puissance sur les microcircuits UMZCH DA1 et DA2 et augmenter la puissance de sortie maximale de l'amplificateur, vous devez sélectionner correctement la tension de sortie du convertisseur, en fonction de la résistance de charge. Cet UMZCH est conçu pour fonctionner en conjonction avec une charge de 4 ohms en mode « Stéréo » et avec une charge de 8 ohms en mode pont. La valeur de la tension d'alimentation DA1, DA2 recommandée par le constructeur pour une résistance de charge donnée est de ±25. ..27 V, le convertisseur d'impulsions est conçu pour cette tension.

Dans celui représenté sur la Fig. Le circuit d'alimentation 2 nécessite un interrupteur suffisamment puissant pour l'allumer. Souvent, cette méthode d’inclusion est peu pratique ou inacceptable.

Sur la fig. La figure 4 montre un schéma du dispositif de contrôle automatique du démarrage du convertisseur. Il garantit que l'UMZCH est activé lorsqu'une tension constante supérieure à 20 V est appliquée à la résistance R1 ou lorsqu'un signal audio est appliqué au condensateur C15 avec une valeur de tension effective d'au moins 0,6 V.

La première option peut être utilisée si l'autoradio dispose d'une sortie pour contrôler des appareils externes, par exemple une antenne électrique rétractable. Une autre option convient également si un subwoofer est installé dans la voiture. Ensuite, le condensateur C15 est connecté à l'une des sorties de l'autoradio UMZCH, et maintenant l'amplificateur s'allumera automatiquement lorsque la puissance de sortie de l'autoradio est supérieure à 0,15 ... 0,2 W et s'éteindra à moins. Il est inacceptable de connecter deux entrées à la radio en même temps, car cela pourrait la désactiver. Le condensateur C16 atténue simultanément les ondulations de la tension alternative et retarde la mise hors tension de l'amplificateur après la disparition du signal d'entrée (avec un délai d'environ 30 s). Les diodes VD7, VD8 empêchent l'influence du circuit de commutation sur le fonctionnement du modulateur SHI. Ils fixent également le seuil de tension sur le collecteur VT3, au-dessus duquel la durée des impulsions à la sortie DA3 commencera à diminuer progressivement et, lorsqu'elle atteindra 4 ... 4,5 V, l'alimentation sera coupée.

Si cet amplificateur est utilisé uniquement pour un subwoofer, vous aurez besoin d'un nœud dont le schéma est illustré à la fig. 5. Il s'agit d'un filtre passe-bas du deuxième ordre avec une fréquence de coupure de 80 Hz ; il est allumé avant d'entrer dans l'UMZCH. Dans le schéma, entre parenthèses, les conclusions de l'ampli-op du deuxième canal sont indiquées. Des régulateurs de tension intégrés DA2, DA3 sont installés dans le circuit d'alimentation. Si l'amplificateur doit être utilisé uniquement en mode ponté, un seul ampli opérationnel peut être utilisé à la place de deux amplis opérationnels.

Détails et fabrication. Toutes les pièces de l'amplificateur et de l'alimentation, à l'exception du commutateur d'amplificateur SA1, du fusible FU1 et des connecteurs d'entrée et de sortie (non représentés sur le schéma), sont montées sur un circuit imprimé en fibre de verre de 2 mm d'épaisseur recouvert d'une feuille d'un côté. Le dessin de la planche et l'emplacement des éléments sur celle-ci sont illustrés à la fig. 6.

En tant que VD1, vous pouvez utiliser des diodes des séries KD2997, KD2999 avec n'importe quelle lettre d'index. Les diodes KD2997B (VD2 - VD5) peuvent être remplacées par KD2997A, KD2999A, KD2999B. Au lieu des transistors KT898A (VT1, VT2), il est permis d'en utiliser d'autres : KT890 avec n'importe quelle lettre d'index, KT896A, KT896B, KT898B, KP958A - KP958V, KP954A - KP954V. Vous pouvez utiliser des transistors à effet de champ importés IRFZ48, IRFZ44, IRF540, IRF640, IRF530, BUZ11 A, BUZ22 ou leurs analogues en supprimant les résistances R18, R19.

Les puissants transistors PSU VT1, VT2 et les microcircuits amplificateurs DA1, DA2 sont installés sur des dissipateurs thermiques séparés. Il est permis d'installer des microcircuits sur un dissipateur thermique sans isolation, mais en même temps de l'isoler du boîtier de l'amplificateur, car le substrat métallique des microcircuits a une tension de -Upit par rapport au fil commun. Il est inacceptable d'installer des transistors sur un dissipateur thermique sans isolation. Le mica peut être utilisé comme matériau isolant. Lors du montage d'éléments de puissance sur des dissipateurs thermiques, il est conseillé d'utiliser la pâte thermoconductrice KPT-8, ce qui facilitera grandement le fonctionnement thermique de ces éléments. Les diodes VD1 - VD5 sont installées perpendiculairement à la carte.

Le circuit magnétique du transformateur d'impulsions T1 est composé de trois anneaux de taille K40x25x11 collés ensemble à partir de ferrite M2000NM1. Les enroulements I, II sont enroulés en 4 tours avec un faisceau de cinq fils PEV-2 1,2 mm. Les enroulements III, IV sont enroulés en 10 tours avec un faisceau de quatre fils PEV-2 0,8 mm. Les enroulements I, II et III, IV doivent être symétriques. Avant l'enroulement, les arêtes vives de l'anneau collé doivent être arrondies avec une lime aiguille. Trois ou quatre couches de ruban isolant en fluoroplastique sont posées entre les enroulements. Le transformateur s'installe au centre du circuit imprimé à l'aide d'une plaque rectangulaire ou ronde appuyant sur le dessus avec un trou au centre et une vis M5 ou Mb avec un écrou.

Dans le circuit de commande de démarrage du convertisseur, toutes les diodes au silicium de faible puissance conviennent comme VD1 - VD3, KT3102A (VT1) est remplacé par un transistor avec n'importe quelle lettre d'index de cette série ou KT315. Dans le filtre passe-bas (voir Fig. 5), il est permis d'installer les OU KR574UD2, KR140UD20, KR544UD4. Au lieu des stabilisateurs DA2, DA3, vous pouvez utiliser n'importe quel stabilisateur de tension positif et négatif 15 V intégré.

Nous devons essayer de connecter les fils d'alimentation de l'amplificateur le plus près possible de la batterie de la voiture (sur la boîte à fusibles) afin d'exclure l'influence des autres consommateurs de courant. Étant donné que le courant de crête consommé par l'amplificateur peut atteindre 15 A, des fils de gros calibre (3...5 mm2) doivent être utilisés dans le circuit d'alimentation. S'il existe un appareil critique pour les ondulations de tension haute fréquence dans le réseau de bord, il est nécessaire d'augmenter la capacité C9, et si cela n'apporte pas l'effet souhaité, activez un filtre haute fréquence dans le circuit d'alimentation du convertisseur.

Établissement. Avec des éléments réparables, l'amplificateur commence à fonctionner immédiatement. Seule l'alimentation doit être configurée. Il est donc conseillé d’effectuer l’installation et la configuration en deux étapes comme suit.

Seuls les éléments d'alimentation sont installés sur le circuit imprimé (les pièces de l'amplificateur ne sont pas soudées). Ensuite, la résistance R14 est soudée et un équivalent de charge est connecté entre le fil commun et la sortie positive de l'alimentation - une résistance filaire avec une résistance de 6 ... 7 Ohms avec une puissance d'au moins 100 watts. Après la mise sous tension, mesurez la tension aux bornes de cette résistance, elle doit être comprise entre 26 et 28 V.

De plus, la résistance de charge est augmentée jusqu'à 50 ohms. En faisant tourner le moteur de la résistance accordée R13, la même tension de sortie de l'alimentation est obtenue qu'avec une charge de 100 watts. Ensuite, R14 est soudé et R12 est soudé. Le réglage du deuxième circuit de stabilisation est similaire. A la fin du réglage, soudez la résistance R12.

Ensuite, les pièces de l'UM34 sont montées et le fonctionnement de l'appareil assemblé est vérifié pour les équivalents de charge du générateur de fréquence audio.

Le dispositif d'allumage automatique de l'amplificateur (voir Fig. 4) n'a pas besoin d'être configuré, mais si le convertisseur démarre même en l'absence de signaux d'entrée, alors la résistance R21 est réduite à une valeur à laquelle la tension sur le VT1 Le collecteur est compris entre 6 et 6,5 V.

Auteur : A.Kolganov, Kalouga

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