Автомобильный преобразователь на TL494 для усилителя НЧ

Послушать музыку громко - удовольствие, а уж послушать громко в машине - вдвойне удовольствие (но только если это не мешает безопасности дорожного движения и другим автомобилистам!). Штатная бортовая сеть автомобиля имеет напряжение около 12-14В, этого достаточно для подключения скромных по мощности усилителей, но слишком мало для мощных. Кроме того, для их подключения часто требуется двухполярное напряжение, например, популярные TDA7293, TDA7294 требуют двухполярного 25-30В, то есть относительно земли одно плечо питания в плюс, и одно в минус, общий размах 50-60В. Для того, чтобы питать такие микросхемы от бортовой сети автомобиля нужны специальные преобразователи, которые из 12В могут сделать требующиеся двухполярные 25-30В. Одна из таких схем представлена ниже. Хочу обратить внимание, что она является полностью универсальной, может быть пересчитана на другие напряжения и использоваться не только для питания усилителей. Так как мощные усилители не только питаются довольно высоким напряжением, но и потребляют от источника приличный ток, поэтому преобразователь должен выдавать мощность как минимум 100Вт. Этого с запасом достаточно для питания одного канала усилителя на TDA7294.

Её основа - крайне распространённый ШИМ-контроллер TL494, найти его можно во многих компьютерных блоках питания и других импульсных источниках. Схема имеет вход под 12В, куда будет подавать напряжение, и выход, который имеет землю (GND) и два плеча. Необходимо учитывать, что из-за работы генератора и системы зажигания бортовая сеть автомобиля полна помех и пульсаций, а потому на входе схемы нужно предусмотреть дроссель, сглаживающий пульсации. На схеме цепочка С5, L1, С6 образуют CLC-фильтр, который эффективно подавляет такие пульсации, поэтому не стоит экономить на ёмкостях С5, С6, минимальное значение 2200 мкФ каждого, напряжение 16 вольт, подойдут и на 25В с запасом. Колечко L1 можно взять из того же компьютерного блока питания, а можно самостоятельно намотать 10-15 витков провода диаметром 0,85 мм на жёлтом ферритовом колечке.

Также во входной цепи обязательно должен стоять предохранитель, ведь автомобильный аккумулятор в случае короткого замыкания может выдавать огромные токи, которые в считанные минуты расплавят провода. На схеме он обозначен как F1, оптимально взять на 15А. Принцип работы заключается в следующем - на вход поступает постоянное напряжение, TL494 формирует ШИМ-сигнал, который буквально "нарезает" входное постоянное напряжение, делая из него импульсы (с помощью мощных полевых транзисторов VT3, VT4). Затем эти высокочастотные импульсы поступают на трансформатор Tr1, его нам ещё предстоит намотать, это самая ответственная часть схемы. От правильного выбора количества витков, диаметра провода и марки феррита будет зависеть напряжение на выходе и максимальная мощность, но об этом позже. Напряжение на вторичной обмотке больше по амплитуде, чем подаваемое на первичную, но оно всё ещё представляет собой высокочастотные импульсы. Для того, чтобы его выпрямить, служат диоды VD3-VD6. Так как они выпрямляют высокочастотное напряжение, а не привычные 50 герц, как в розетке, то сюда подойдут далеко не всякие диоды. Нужны мощные импульсные диоды, в идеальном случае рассчитанные на ток в 10 ампер, например, хорошо подойдут отечественные Шоттки КД213, с натяжкой FR607, идеальным вариантом будут сдвоенные сборки STPS20H100CT, они почти не греются при работе даже с мощной нагрузкой.

Самые сложный этап сборки преобразователя - намотка самодельного импульсного трансформатора на ферритовом кольце. К счастью, для расчёта таких трансформаторов созданы специальные программы, например, Lite-CalcIT, скачать её можно бесплатно в интернете. Ниже представлен скриншот программы с выбранными параметрами для нашего случая.

Программа может исходя из частоты (её нужно взять 50-70 кГц), используемой марки феррита, его размеров, а также входного напряжения рассчитать количество витков в первичной и вторичной обмотках, и максимальную мощность, которую будет развивать преобразователь. Обратите внимание, что при задании входного напряжения программа просит три значения (мин., номинальное, макс.), в случае с использованием преобразователя в автомобильной бортовой сети, номинальным будет являться напряжение 13-14В. Очень важно точно задать это значение, ведь от напряжение на входе будет также зависеть и напряжение на выходе. После того, как программа рассчитает все необходимые параметры, можно приступать к изготовлению самого трансформатора. Он будет намотан на ферритовом кольце размерами 40мм-25мм-11мм, марка феррита 2000МН. Если посмотреть на схему, то можно увидеть, что и первичная, и вторичная обмотки содержат отвод от середины, то есть состоят из двух половинок. Эти половинки должны быть одинаковыми, поэтому важно соблюсти в точности описанную ниже технологию изготовления трансформатора.

Сперва изолируем ферритовый сердечник, для этого можно использовать и обычную изоленту, отрезая небольшие куски и продевая их через центр кольца.

После этого можно приступать к намотке первичной обмотки трансформатора. Если марка вашего феррита отличается не сильно, скорее всего программа выдаст близкое количество витков, 5 или 6. Автор наматывает 5 витков, при этом нужно учитывать, что 5 витков - это только половина первичной обмотки, вторая половина должна содержать такие же 5 витков (обозначение 5+5 в программе). Берём медный провод, диаметр которого рассчитала программа (либо можно просто взять 0,85 мм, как самый оптимальный по гибкости), и начинаем равномерно наматывать его на колечко. Намотали один раз, и затем намотали ещё 5 раз, виток к витку. Получилась обмотка в 5 витков жилой из 5-ти проводов, это половина первичной обмотки. Мотать всегда необходимо строго в одну сторону, и первичную, и вторичную обмотку.

Теперь наматываем ещё 5 витков в 5 жил, оголяя и скручивая выводы первой и второй части первичной обмотки отдельно. Так, чтобы в итоге получилось 4 отвода, каждый в 5 жил. Важно наматывать аккуратно, виток к витку, равномерно распределяя витки по всему кольцу.

Доводим первичную обмотку до ума, аккуратно укладываем выводы на одну сторону, зачищаем, лудим, укладываем в термоусадку. После этого изолируем сами витки на кольце, в дальнейшем сверху будет наматывать вторичную обмотку.

Вторичная обмотка мотается полностью аналогичным образом, но она уже содержит две части, каждая по 16 витков (либо другое значение, в зависимости от расчётов программы в вашем конкретном случае), мотать нужно уже не в 5 жил, как в первичной, а всего в 2, что упрощает задачу. Вторичная обмотка также будет содержать четыре отвода, каждый из которых в две жилы.

На фото выше вид готового импульсного трансформатора, если всё делать качественно, он будет таким же красивым. Всего у него 8 отводов, по 4 с каждой обмотки. При намотке нужно запоминать, где начало, а где концы обмотки - потому что при установке трансформатора на плату нужно соединить начало одной части первичной (во вторичной тоже, аналогично), с концов другой. Очень важно не перепутать и не подключить начало с началом, а конец с концом. Получившийся трансформатор имеет не маленькие габариты, но на плате под него предусмотрено место.

Сам преобразователь собирается на печатной плате, файл которой прилагается к статье. Сборка самая стандартная - переносим рисунок, травим, сверлим, залуживаем. Следует пролудить силовые дорожки тщательно. После сборки в последнюю очередь на плату устанавливается сделанный ранее трансформатор.

Когда плата собрана, флюс смыт, подаём питание и замеряем напряжение на выходе в обоих плечах. Если всё верно, оно будет соответствовать рассчитанному. При необходимости можно подстроить частоту работы преобразователя с помощью элементов C4, R3, это может понадобится в том случае, если преобразователь греется на холостом ходу, либо не отдаёт в нагрузку всей заявленной мощности. Данная схема не имеет защиты от КЗ по выходу, поэтому нужно быть аккуратным при её использовании. Удачной сборки!