Устройство плавного пуска УМЗЧ и защиты АС

Виктор Жуковский, г. Красноармейск Донецкой обл.

Устройство обеспечивает плавный пуск УМЗЧ и защиту АС от постоянного напряжения на выходе УМЗЧ.

Для уменьшения коэффициента пульсаций напряжения питания УМЗЧ при большой выходной мощности желательно увеличивать ёмкость конденсаторов блока питания. Но при включении работа блока питания на большую ёмкость разря­женных конденсаторов равносильна работе в режиме корот­кого замыкания с превышением максимально допустимых то­ков трансформатора и диодов. Включение мощного проволоч­ного резистора последовательно с первичной обмоткой сило­вого трансформатора растягивает во времени процесс заряд­ки конденсаторов и уменьшает амплитуду броска тока. После завершения переходных процессов в блоке питания выводы резистора замыкаются накоротко и в дальнейшей работе он не участвует. Через несколько секунд к выходу УМЗЧ можно подключать АС. Таким образом, технически всё дело сводит­ся к последовательному формированию двух времён выдер­жек перед замыканием резистора плавного пуска и подключе­нием АС.

Узел выдержки времени выполнен на базе тактового гене­ратора и десятичного счётчика, состояние одного из проме­жуточных выходов которого после первого отрезка времени запоминается триггером для включения реле-короткозамыкателя мощного резистора, а с появлением положительного по­тенциала на последнем счётном выходе после формирования второго отрезка подаётся команда на включение АС, останов­ку тактового генератора и счёта. Из этого конечного устойчи­вого состояния в исходное счётчик может быть переведён дву­мя путями: появлением положительного потенциала - лог.1 -на входе сброса счётчика от одного из четырёх компараторов, фиксирующих наличие инфранизкочастотной либо постоянной составляющей на выходе УМЗЧ, или при выключении УМЗЧ специальным компаратором, отслеживающим пересечение определённого порога положительным напряжением питания устройства. Необходимость в таком «сторожевом» компара­торе вызвана такой особенностью применённых КМОП ИМС триггеров и счётчика, как «память» состояния перед выключе­нием. Причина тому - в наличии остаточных зарядов на затво­рах полевых транзисторов ИМС. Хотя эти заряды относитель­но и невелики, стечь они могут только через сопротивления входов ПТ с изолированным затвором и каналов запертых в выключенном состоянии транзисторов - те и другие практи­чески бесконечны. Тогда, если напряжение питания выполнен­ного на триггерных КМОП-микросхемах устройства не успело упасть ниже 2 В, или устройство было выключено ненадолго перед очередным включением, его работа начинается с логи­ческого состояния, предшествовавшего выключению, что со­вершенно недопустимо.

Как видно из рис. 1, для питания управляющей части уст­ройства использовано переменное напряжение от обмотки III силового трансформатора TV1. Из-за применения гасящего резистора R1 после включения УМЗЧ напряжение на её выхо­де и на выходе стабилизированного источника питания уст­ройства - VO3, VT1...VT4 зависит от степени зарядки конден­саторов блока питания УМЗЧ и возрастает сравнительно мед­ленно. Если разрешить работу узла выдержки времени с мо­мента нажатия кнопки включения, АС могут включиться до за­вершения переходных процессов в УМЗЧ, что будет воспри­нято на слух как довольно неэстетичный хрип. Поэтому исход­ное состояние выхода компаратора DA1, выв. 6 - лог. 1, что запрещает работу триггера DD1.1 и счётчика DD2. Если в УМЗЧ имеются неполадки, вызывающие слишком большое потреб­ление тока и препятствующие росту напряжения на вторичных обмотках ввиду падения напряжения на гасящем резисторе R1, DA1 не разрешит дальнейшую работу устройства; таким образом, возможная ошибка в монтаже обойдётся максимум в один сгоревший мощный резистор. Если общее «здоровье» УМЗЧ в порядке, с превышением положительного напряжения 10 В на конденсаторе С6 выход DA1 установит лог. 0, разре­шающий DD2 счёт импульсов тактового генератора DD3.1, DD3.2 от включенного делителем триггера DD1.2 (просто нуж­но было куда-то его пристроить ©). Лог. 0 на выходе DA1 так­же разрешает триггеру DD2.1 загрузку лог. 1 с выхода Q7 DD2 и запускает цепь причинно-следственных связей: открывание лог. 1 с выв. 1 этого триггера транзисторов VT5, VT6, включа­ющих реле К1, контакты К1.1 которого, в свой черёд, замыка­ют выводы гасящего резистора R1. По прошествии несколь­ких тактов появляется лог. 1 на последнем счётном выходе счёт­чика DD2 - Q9, выв. 11 и открывает транзисторы VT5, VT6, вклю­чающие реле коммутации AC K2 и КЗ. Также лог. 1 с выхода Q9 запрещает работу тактового генератора по входу 6 логического элемента DD3.1, а по входу Е DD2 - дальнейший счёт импульсов счётчиком. На завершение цикла требуется около 20 секунд. Состояние готовности УМЗЧ индицируется свече­нием светодиода HL1 на лицевой панели корпуса УМЗЧ.

Узел защиты АС от постоянного напряжения содержит че­тыре компаратора в составе двух корпусов DA2, DA3, сблоки­рованных в два «оконных» компаратора. Ширина «окна», его значение и симметричность положения относительно общего провода задана резисторами R8 - R10 и зависит от значения, стабильности питающих напряжений устройства и их соотно­шения. Опорное напряжение, равное ±2 В, сформировано на резисторе R9. Для ускорения реакции узла на постоянную и инфранизкочастотную составляющие напряжения на выходе УМЗЧ постоянные времени ФНЧ R2C3C4 и R3C5C7 подобра­ны так, что при амплитуде низшей частоты звукового диапазо­на, 16 Гц, 40 В на выходе УМЗЧ амплитуда переменного напряжения на их выходах составляет 1,6 В - всего на 40% мень­ше напряжения срабатывания. С появлением постоянного на­пряжения отрицательной полярности, большего по модулю опорных двух вольт, имеющихся на нижнем выводе R9, компа­раторы DA2.1, DA3.1 срабатывают и инвертируют поступив­шее на выв. 3 напряжение, а на их выходах, выв. 13, устанав­ливается напряжение лог. 1. Напряжение положительной по­лярности сравнивается с напряжением на верхнем выводе R9 операционными усилителями ОА2.2, DA3.2, и при его превы­шении лог. 1 появляется уже на выв. 9 этих компараторов. От повреждения входным напряжением, большим напряжения питания, ОУ защищены нелинейным делителем, образован­ным R2 или R3 и диодами VD7, VD8 или VD8, VD9 соответ­ственно. Лог. 1 на выходе одного из компараторов через дио­ды VD12 - VD15 сбрасывает счётчик DD2 по входу R, но не влияет на состояние триггера DD1.1 и реле К1. Устройство отрабатывает аварийную ситуацию достаточно быстро: с момента начала фронта импульса амплитудой 40 В до срабаты­вания компараторов и сброса счётчика проходит примерно 15 миллисекунд- в основном, вследствие инерционности ФНЧ на еходах компараторов, на отпускание контактов реле, в зави­симости от выбранного их типа - тоже около 15 мс.

Ёмкость конденсатора С9 выбрана относительно неболь­шой, с выключением УМЗЧ она быстро разряжается и реле К1 - КЗ «отпускают» контакты, отключая АС ранее начала пере­ходных процессов в УМЗЧ. С уменьшением напряжения пита­ния устройства ниже 10 В на выходе DA1 появляется лог. 1, сбрасывающая триггер DD1.1 и счётчик DD2 и подготавлива­ющая устройство к следующему циклу работы.

Устройство собрано на стеклотекстолитовой плате 80 х 85 мм, рис.2, рассчитанной под установку ИМС серии К561, ре­зисторов МЛТ-0,25, кроме двухваттных R20 и R22. Диоды на рисунке платы обозначены цифрами.

При правильном монтаже и исправных деталях особой на­ладки не требуется, разве что захочется подобрать ёмкость СЮ и сопротивление R17 для установки времени выдержки по вкусу.