Вентилятор в усилителе мощности.

В последнее время многие радиолюбители собирают усилители мощности на интегральных микросхемах (ИМС), таких, как TDA7294, STK4231 и подобных с выходной мощностью более 100 Вт. В большинстве случаев применение этих ИМС требует принудительного охлаждения радиаторов, на которых они закреплены, особенно при малых габаритах самих радиаторов и усилителей в целом. Для принудительного охлаждения используют вентиляторы, подобные применяемым в компьютерных блоках питания.

Применение вентилятора для охлаждения усилителя мощности оказывается очень эффективным и позволяет построить мощный усилитель с малыми габаритами. Существует только один недостаток - шум самого вентилятора, особенно хорошо слышимый при малой громкости. Для эффективного охлаждения нужно подавать на вентилятор напряжение 12...14 В. Понижение напряжения питания вентилятора, с одной стороны, снижает шум вентилятора, а с другой, уменьшает силу воздушного потока, в результате чего вентилятор не в состоянии охладить ИМС мощного усилителя.

Предлагаю использовать вентилятор совместно с регулятором напряжения, датчиком которого является терморезистор, установленный на радиаторе. При малой мощности ycилителя радиатор чуть теплый, и вентилятор вращается с минимальными оборотами Шум при столь малой скорости вращения практически не

слышен даже при отсутствии звука в колонках. При возрастании выходной мощности усилителя нагрев радиатора увеличивается, увеличиваются также напряжение питания вентилятора и скорость воздушного потока: устанавливается оптимальный режим охлаждения. В большинстве усилителей шина питания +15 В загружена сильнее, чем шина -15В. Поэтому целесообразно вентилятор подключать к отрицательной шине питания.

Принципиальная схема устройства показана на рис.1. Терморезистор RT1, закрепленный на радиаторе усилителя мощности, включен в цепь делителя напряжения, потенциал с которого поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя (ОУ). На выходе ОУ устанавливается напряжение, задаваемое подстро-ечным резистором R2 и терморезиаором. Это напряжение поступает на базу транзистора VT1, к эмиттеру которого подключен двигатель вентилятора. Нагрев терморезистора приводит к уменьшению его сопротивления, на выходе ОУ увеличивается отрицательное напряжение, тем самым увеличивая напряжение на вентиляторе. При нагреве терморезистора свыше 60...70°С на выходе ОУ максимальное напряжение, транзистор полностью открыт и на вентилятор подается около 14В (напряжение питания минус падение в цепи коллектор-эмиттер), при этом воздушный поток максимален.

При охлаждении терморезистора (например, при использовании усилителя в холодное время года в неотапливаемом помещении), отрицательное напряжение на выходе ОУ уменьшается и даже может стать положительным. От положительного напряжения база транзистора VT1 защищена диодом VD1. При напряжении питания около -3...-4 В вентилятор может остановиться, а его'лопасти заклинить. Если для охлаждения используется такой же вентилятор, как в блоке питания компьютера, то он допускает заклинивание при поступающем на него низком напряжении без повреждения. При последующем повышении напряжения он опять начнет вращаться.

Если же используется вентилятор на основе двигателя с обмотками на роторе, то остановка ротора при подаче на него напряжения может привести к перегоранию обмотки. В этом случае необходимо предотвратить подачу на двигатель слишком низкого напряжения, при котором ротор может заклинить, собрав выходной узел регулятора по схеме рис.2. В этой схеме напряжение на вентиляторе не уменьшается менее 6 В даже при охлаждении терморезистора до отрицательной температуры. Подбором резистора R6 можно задавать минимальное напряжение на выходе стабилизатора DA2, однако его сопротивление не должно быть меньше 200 Ом, так как это может привести к недопустимо большому нагреванию резистора при открывании транзистора VT1. При указанном на схеме рис.2 сопротивлении резистора R6 и закрытом транзисторе VT1 напряжение на выходе стабилизатора около 6,3 В.

Вид печатной платы устройства размерами 41x38 мм показан на рис.3. На плате располагаются все элементы, кроме терморезистора RT1 и вентилятора. В схемах рис.1 и рис.2 можно использовать резисторы любого типа мощностью 0,125 Вт, кроме резистора R6 (1 Вт). Подстро-ечный резистор типа СП5-2 или другой, подходящий по размеру. Терморезистор можно использовать типа КМТ-17в или ММТ-4. Конденсаторы К50-35 или другие малогабаритные с напряжением не менее 16 В. ОУ КР140УД6 можно заменить КР140УД7, КР140УД23 или другим подобным. В качестве транзистора VT1 допустимо применение КТ814, КТ816 с любым буквенным индексом. Корпус транзистора (в схеме рис.1) нужно через изолирующую прокладку закрепить на металлическом шасси усилителя мощности или расположить его на алюминиевой пластинке размерами не менее 20x40 мм. В схеме рис.2 на радиаторе должен располагаться стабилизатор DA2. Транзистор VT1 в этом случае радиатора не требует.

Настройка схем очень проста и заключается в установке подстроечным резистором R2 напряжения на выходе ОУ (вывод 6). Для схемы на рис.1 нужно при комнатной температуре выставить.напряжение около -6 В. Для схемы на рис.2 (также при комнатной температуре) выставляют напряжение -0,2...-0,5 В. На этом настройка закончена. Проверить работу устройства можно, поднеся к терморезистору разогретый паяльник. При нагревании терморезистора скорость вращения вентилятора должна увеличиваться.

Данные регуляторы рассчитаны на применение вентиляторов с номинальным напряжением 12... 14 В. Схема, собранная по рис.2, позволяет при необходимости увеличить выходное напряжение. Для этого нужно стабилизатор DA2 запитать от отдельного источника отрицательного напряжения, большего (по абсолютной величине) -15 В, но не превышающего максимально допустимого входного напряжения используемого стабилизатора. Применяя различные стабилизаторы напряжения, можно получить на выходе регулятора сумму выходного напряжения стабилизатора и напряжения на транзисторе VT1. Если в качестве DA2 использовать ИМС типа 7915, то минимальное напряжение на выходе будет изменяться в пределах от -16 до -30 В при напряжении на входе 2 DA2 -32...-35 В.

устройство управления вентилятором охлаждения усилителя мощности Принцип управления вентилятором принудительного охлаждения УМЗЧ с теплоотводом небольших размеров состоит в том, что обдув включается при определенном превышении уровня сигнала на выходе усилителя, поэтому шум вентилятора при пониженной мощности практически не слышен. Устройство с вентилятором можно рекомендовать и для установки в усилители обычной конструкции (с естественным конвективным охлаждением), находящиеся в сложных условиях эксплуатации. При конструировании усилителей мощности звуковой частоты с выходной мощностью более 20 Вт теперь нередко выбирают принудительный отвод тепла от мощных транзисторов и микросхем УМЗЧ, что позволяет существенно уменьшить площадь охлаждающей поверхности. Для этого используют вентиляторы от компьютерных блоков питания и вентиляторы охлаждения системных блоков персональных компьютеров. Эти вентиляторы имеют относительно небольшие габариты (80x80x25 мм), низкую стоимость и всегда имеются в наличии в любом компьютерном магазине. Обычно вентиляторы охлаждения могут быть либо включены постоянно, либо включаться при превышении некоторого порога температуры теплоотвода. Оба способа включения имеют свои недостатки. В первом из них работе неизбежно мешает непрерывный шум вентилятора. При достаточно большой громкости этот шум неслышен, но на малой громкости и в паузах при воспроизведении он слышен очень отчетливо. Со временем, в результате износа подшипников вентилятора, уровень создаваемого им шума только возрастает. Зависимое от температуры теплоотвода включение вентилятора тоже имеет недостаток – при большой выходной мощности тепло-отводы нагреваются и система охлаждения включается, но при уменьшении громкости и, соответственно, мощности шум вентиляторов будет слышен, хотя принудительного охлаждения уже не требуется, достаточно естественной циркуляции воздуха. Описываемое устройство свободно от указанных недостатков и производит включение вентиляторов охлаждения при превышении установленного порога выходной мощности усилителя. Схема устройства показана на рис. 1. Микросхема DA1 содержит два независимых компаратора. На первом из них собран узел, определяющий, что выходная мощность усилителя превышает некоторый пороговый уровень, а на втором – узел задержки выключения вентилятора. Сигнал с выхода усилителя мощности подается на инвертирующий вход компаратора DA1.1 через резистор R1. Стабилитрон VD2 защищает вход компаратора от отрицательного напряжения, поступающего от усилителя мощности при усилении отрицательных полупериодов сигнала. На элементах R2 и VD1 собран параметрический стабилизатор, который задает порог срабатывания компаратора. Резистор R3 служит нагрузкой выходного каскада DA1.1, выполненного по схеме с открытым коллектором. Конденсатор С1 и резистор R4 задают время задержки выключения вентилятора. Диод VD3 необходим для предотвращения разрядки конденсатора С1 через резистор R3. Задержка позволяет сохранить напряжение на вентиляторе еще некоторое время для удаления выделившейся на теплоотводе энергии. Подстроечным резистором R5 можно регулировать время задержки выключения. Сигнал с выхода компаратора DA1.2 управляет транзистором VT1, включающим вентилятор охлаждения. Рассмотрим работу устройства при изменении уровня сигнала. Если напряжение на выходе усилителя мощности меньше, чем на стабилитроне VD1, на выходе компаратора DA1.1 действует высокий уровень. Когда напряжение на входе устройства превысит напряжение на стабилитроне VD1, на выходе компаратора DA1.1 появится низкий уровень и конденсатор С1 начнет заряжаться через диод VD3 до напряжения питания. Пока напряжение на неинвертирующем входе компаратора DA1.2 меньше, чем на инвертирующем, напряжение на его выходе имеет низкий уровень, транзистор VT1 открыт и вентилятор включен. Как только после снижения уровня сигнала и разрядки конденсатора напряжения на входах второго компаратора переключат его, на выводе 7 появится высокий уровень, транзистор VT1 закроется и вентилятор выключится. Выходную мощность усилителя мощности, при которой сработает устройство, можно рассчитать по формуле Рвых = (Uvd1)2/Rн где Uvd1 – напряжение стабилизации стабилитрона VD1; Rн – сопротивление нагрузки усилителя мощности. Все детали устройства располагают на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Чертеж платы и расположение элементов показаны на рис. 2. В устройстве применены резисторы МЛТ-0,125 или подобные, конденсаторы – К50-35 или аналогичные импортные. Диод VD3 – любой кремниевый серий КД503, КД521, КД522. Транзистор VT1- КТ816 с любым буквенным индексом. Вентилятор должен быть рассчитан на постоянное напряжение 12 В и ток потребления не более 0,5 А. При подключении вентиляторов с током потребления более 150 мА транзистор VT1 необходимо установить на небольшой теплоотвод. Напряжение питания может быть увеличено до 24 В, но при этом последовательно с вентилятором необходимо включить гасящий резистор соответствующего сопротивления или использовать два последовательно включенных вентилятора. Налаживание устройства сводится к установке подстроечным резистором R5 требуемого времени задержки выключения вентилятора. Для более корректной работы устройства рекомендуется подключить конденсатор емкостью до 0,01 мкФ параллельно стабилитрону VD2. Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться, либо войти на сайт под своим именем. Обсудить на форуме   На момент добавления Устройство управления вентилятором охлаждения усилителя мощности все ссылки были рабочие. Все публикации статей, книг и журналов, представлены на этом сайте, исключительно для ознакомления, авторские права на эти публикации принадлежат авторам статей, книг и издательствам журналов!

Дата добавления: 2015-07-14