По просьбам наших уважаемых радиолюбителей, а именно в статье Саб с усилителем на TDA1562Q открываем новую довольно интересную тему про преобразователи напряжения, в частности автомобильные.

Преобразователи напряжения – это довольно актуальная тема для радиолюбителей автомобилистов, которые задаются целью установить в машине качественную акустическую систему с мощным бомбовым сабом и сателлитами, получив тем самым отличное качественное звучание, радующее слух не только владельца, но и окружающих. Уж не знаю, конечно, насколько окружающим это нравится. Особенно в ночное время во дворе многоквартирного дома (прим. авт. AndReas). Но непосредственно для радиолюбителя важен сам факт качества звучания. Добиться безупречности можно при наличии нескольких составляющих: во-первых, установкой правильно рассчитанного и собранного саба (лучше самодельного), во-вторых, подключением акустической системы, состоящей из сабвуфера и сателлитов, к усилителю мощности звуковой частоты с малым коэффициентом нелинейных искажений и, в-третьих, питанием усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ) от бортовой сети автомобиля (нуженпреобразователь напряжения). В данной статье остановимся на последнем факторе подробнее.

Напряжение автомобильной бортовой сети составляет 12…14 вольт. Как известно, все качественные, мощные усилители звуковой частоты требуют значительно большего напряжения питания (вплоть до 100 вольт), что может быть достигнуто применением автомобильного преобразователя напряжения. Основные блоки типичных преобразователей напряжения состоят из ШИМ – контроллера и выходного каскада на мощных транзисторах и трансформатора. В качестве ШИМ контроллера для автомобильных преобразователей напряжения могут применяться различные микросхемы. Особенно популярной и широко применяемой является TL494 или КР1114ЕУ4. Вообще-то на сайте уже есть несколько схем преобразователей напряжения. Ознакомьтесь:Преобразователь 12 вольт - 220 вольт - довольно неплохой вариант для переделки под питающий блок усилителя; Простейший преобразователь напряжения; Импульсный преобразователь напряжения - это уже более серьёзный вариант с применением TL494 или КР1114ЕУ4. Также совершенно обоснованно стоит упомянуть об автомобильном преобразователе напряжения, рассчитанном для питания усилителя мощности звуковой частоты на микросхеме TDA7294 - собран на TL494 или КР1114ЕУ4.

Теперь поговорим о трансформаторе. Трансформатор для автомобильного преобразователя напряжения мотается на ферритовом кольце. Из отечественных ферритов наилучшими характеристиками обладают ферриты марок 2500НМС1 и 2500НМС2 как имеющие, в отличие от остальных марок, отрицательную температурную зависимость потерь и предназначенные для сильных магнитных полей. Но также возможно применение 2000НМ1, как более ходовой марки. Можно использовать кольца 40х25х11 или 45х28х12. Для надёжности лучше взять два таких кольца, т.к. мощность нужна немаленькая, и склеить их любым клеем по керамике. После склеивания края закруглить напильником.

Теперь нужно рассчитать количество витков обмоток в зависимости от нужного напряжения и мощности на выходе автомобильного преобразователя напряжения. Возьмем для примера максимальную мощность трансформатора 500 ватт. Тогда ток в первичной обмотке равен I=500/12=41,66 ампера. Округленно примем I=42 А. Но в преобразователях напряжения первичная обмотка трансформатора делится на две части (двухтактный преобразователь напряжения). Соответственно ток в каждом плече составит 21 ампер. Выбираем сечение обмоточного провода трансформатора. Площадь сечения получается S=0,157*21=3,297 мм² или же провод сечением D=2 мм. Но чем толще провод, тем ниже КПД и выше нагрев трансформатора. Рекомендуется взять несколько проводов меньшим диаметром, к примеру, 0,6 мм. Вычисляем его площадь по формуле S=?*R², т.е. 0,3²*3,14=0,283 мм². Далее 3,297/0,283=11,7 округлим до 12. Значит, для намотки одного плеча нам понадобится 12 проводов сечением 0,6 мм. Вторичная обмотка трансформатора преобразователя напряжения рассчитывается таким же образом. Определяем максимальный ток в зависимости от нужного напряжения (т.е. напряжение питания усилителя мощности звуковой частоты); ток умножаем на 0,157 мм², найдя сечение провода; рассчитываем сколько потребуется проводков меньшим сечением. Определившись с количеством витков в первичной обмотке, можно приступать к самой намотке трансформатора автомобильного преобразователя напряжения. Для этого берутся все 12 проводов, если используется провод сечением 0,6 мм, переплетаются косичкой и наматываются на кольца. Вторая часть первичной обмотки наматывается также. Очень важно, чтобы витки обеих обмоток распределялись равномерно по всему кольцу, иначе трансформатор преобразователя будет греться, особенно на максимальной или близкой к этому значению мощности. Можно осуществить намотку другим способом. Намотать 12 отдельных обмоток для одного плеча, а потом точно также для второго и соединить их. Выводы трансформатора сразу идут в печатную плату. Соединять надо так: 1-начало, 2-конец, т.е. 1;2;1;2. По окончанию намотки первичной обмотки можно её обернуть тканевой изоляционной лентой, а потом уже мотать вторичную. Вторичная обмотка мотается аналогично. Количество витков будет зависеть от напряжения, которое вы хотите получить. Можете воспользоваться программой для расчета импульсного трансформатора для автомобильного преобразователя напряжения:

Скачать программу для расчета импульсного трансформатора

Особое внимание также стоит уделить выпрямлению и стабилизации полученного напряжения на выходе трансформатора автомобильного преобразователя. Необходимо подобрать импульсные диоды, чтобы они выдержали необходимую силу тока, способные работать на частоте от 80…100 кГц. На выход необходимо установить дроссели. Для сердечника дросселей можно применить кольца, используемые в компьютерных блоках питания. Кстати, оттуда же можно выпаять и ШИМ – контроллер TL494 (КР1114ЕУ4). Дроссели содержат по 5…6 витков провода сечением не менее 2 мм. Есть ещё одна маленькая хитрость. Обычно при питании устройств, в том числе и усилителей звуковой частоты, используются фильтрующие конденсаторы очень большой ёмкости. Рекомендуется 1000…2000 мкФ на 1 ампер нагрузки. Но для автомобильных преобразователей напряжения важна не сама ёмкость конденсаторов, а количество самих конденсаторов. Т.е. лучше поставить, скажем, 10 штук по 1000 мкФ, чем один на 47000 мкФ.

Структурно принцип работы автомобильного преобразователя напряжения можно описать так. ШИМ контроллер TL494 (КР1114ЕУ4) задает частоту открытия и закрытия транзисторов. Двухтактным такой преобразователь напряжения называется потому, что при открытии одного плеча другое закрывается. Смена режима происходит с заданной частотой ШИМ контроллера. Постоянное напряжение, преобразованное выходным каскадом на мощных транзисторах в переменное, подается на трансформатор. После этого напряжение выпрямляется диодным мостом, фильтруется дросселями и конденсаторами. Ну а дальше автомобильный преобразователь напряжения выполняет непосредственно ту функцию, для которой создавался.

Ну и от полутеории перейдем к практике, добавив в копилку приведенных выше ссылок на схемы преобразователей напряжения ещё следующие схемы.
Автомобильный преобразователь напряжения с мощностью 500 ватт.

Варианты использования выходов автомобильного преобразователя напряжения:

Количество выходных обмоток автомобильного преобразователя напряжения можно уменьшить или вообще модернизировать, применив ультраскоростные диоды, рабочее напряжение которых значительно выше напряжения диодов Шотки, что позволяет получить выходное напряжение вплоть до 90 В, а при замене электролитических фильтрующих конденсаторов на более высоковольтные и выше 90 вольт.

Как видим, в выходном каскаде автомобильного преобразователя напряжения используются мощные полевики IRF3205 (отечественный аналог КП783А). Можно заменить на NTP5426, IRF540, IRF1405, IRF1407, IRF2805.

В модернизированной выходной схеме используются быстродействующие диоды 30EPF06.

Немного планку по мощности и приведем следующую схему автомобильного преобразователя напряжения 300 ватт.

В общем-то принципиальная разница в схемах состоит только в упрощении выходного каскада. Варианты использования выходов преобразователя следующие:

А если мы увеличим количество мощных полевых транзисторов IRF3205 в выходном каскаде преобразователя напряжения до трех штук на плечо, то получим весьма солидную мощность в 700 ватт.

Таким образом, при использовании автомобильного преобразователя напряжения конструктивно должно получиться нечто вроде этого:

Чертеж печатной платы и расположение деталей на ней в формате .lay можете также скачать:

Скачать чертеж печатной платы

Данные преобразователи напряжения, несмотря на упрощенную схемотехнику, достаточно надежны.

Непосредственно перед публикацией статьи, порывшись дополнительно в рунете, пришёл к выводу, что из приведенных выше схем автомобильных преобразователей напряжения можно исключить некоторые компоненты, тем самым значительно упростив конструкцию. А именно, выходной каскад на полевых транзисторах подключается непосредственно к выходному трансформатору. Исключаются дроссели L4 для 300 ваттного и трансформатор TV1 со всей обвязкой для 500 и 700 ваттных преобразователей. Можно исключить оптрон IC1, тем самым убрав блок защиты. В итоге можно получить очень простую для повторения схему автомобильного преобразователя напряжения.

Под эту схему есть также печатная плата в формате .lay. В архиве три печатки. Первый вариант - это печатная плата с подписанными элементами, второй вариант - обычный вариант с одним напряжением на выходе, третий вариант - с двумя разными напряжениями на выходе.

Скачать чертежи печатных плат для последнего варианта схемы.